薄規格Q460E高強鋼板生產工藝優化

譚海鵬，佟程志，孫偉

（1.天津鋼鐵集團有限公司煉軋廠，天津300301；

2.天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

薄規格Q460E高強鋼板生產工藝優化

譚海鵬1，佟程志1，孫偉2

（1.天津鋼鐵集團有限公司煉軋廠，天津300301；

2.天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

分析了薄規格Q460E高強鋼板屈服不合和板形控制不良等問題產生的原因，通過對煉鋼工藝及軋鋼工藝進行優化，使屈服強度合格率達100%，尺寸精度和板形控制水平明顯提高，保證了鋼板的板型質量，實現了薄規格Q460E高強鋼板的批量生產。

薄規格；高強鋼板；工藝；優化

1　引言

Q460E為低合金高強度鋼板，具有強度高、韌性好、抗疲勞、焊接和冷成型性能好等優點，廣泛用于工程機械、煤礦液壓支架、起重機吊臂支腿、車架、鋼結構等，特別適用于低溫高強度結構件。在實際應用中薄規格占有很大比例，我廠在近期生產的12 mm和16 mm的Q460E過程中存在兩大問題，一是大量鋼板屈服強度低，二是尺寸精度和板形難以控制，存在大量非規格、瓢曲和不平度問題鋼板。為此結合我廠生產實際，對薄規格Q460E高強鋼板的生產工藝進行優化，滿足屈服強度和板形要求，為實現薄規格高強鋼板批量生產創造條件。

2　Q460E存在問題與原因分析

2.1Q460E屈服強度不合

屈服強度通常用作固體材料力學機械性質的評價指標，是材料的實際使用極限。屈服強度是一個對成分、組織極其敏感的力學性能指標，受許多內在因素的影響，主要有：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結構、溶質元素、第二相。金屬的強化機制主要有：形變強化、細晶強化、固溶強化、相變強化和第二相強化。對我廠Q460E性能數據進行統計匯總，屈服強度不合鋼板比例達到30%，主要對其成分和工藝進行原因分析。

Q460E實際生產成分控制如圖1所示，可以看出，碳、錳含量均控制在中下限。碳能提高鋼材的強度和硬度，碳含量增加0.1%，鋼材的抗拉強度可提高70MPa，屈服點提高28 MPa；錳的強化機制（晶粒細化和沉淀強化），有助于提高鋼的性能，Mn能構成置換固溶體，促使屈服強度呈線性增加［1］。因此，碳、錳含量控制在中下限會降低鋼的屈服強度值。

軋鋼工藝過程主要通過對奧氏體組織控制及軋制過程中反復動態再結晶來實現成品鋼板晶粒度控制，另外冷卻過程中通過合理的冷速控制相變達到控制晶粒度目的。Q460E實際生產軋鋼工藝控制如表1所示，可以看出，工藝要點中終冷溫度高，終冷溫度控制偏上限，導致成品鋼板晶粒長大，屈服強度低。

圖1　Q460E碳和錳成分控制

綜上所述，屈服強度不合主要是由于成分控制偏下限，軋鋼工藝終冷溫度控制在中上限所致。

2.2非規格和板形不良

板形通常指鋼板的平直度，常見的板形不良缺陷主要有浪形（單邊浪、雙邊浪、中浪等）、瓢曲和鐮刀彎。板形不良會限制軋制速度的提高及軋機所能軋出的最薄規格，板形嚴重不良會導致勒輥、軋卡、撕裂等事故的出現，甚至可能損壞軋機［2］。

一般認為，出現板形缺陷是由于板寬方向上各點縱向纖維的延伸不均，因此，保持良好板形的條件是橫向各點延伸系數一致［3-4］。影響各點延伸系數的因素都會影響到板形，這些因素主要有3類：

2.2.1坯料斷面形狀

當坯料的斷面形狀與承載輥縫形狀相“匹配”，才能獲得良好的板形。因此，在其他條件不變時，若坯料斷面形狀發生變化，必然會引起板形的變化。保證坯料斷面的厚度差和板形控制在一定的范圍之內是獲得鋼板良好板形的前提。

2.2.2承載輥縫的斷面形狀

當坯料條件確定時，工作輥的承載輥縫斷面形狀是決定板形的首要因素。它取決于3個方面：（1）工作輥、支撐輥的彎曲撓度和剪切撓度；（2）支撐輥、工作輥和帶鋼的壓扁；（3）工作輥本身的凸度。

凡是能影響上述3方面的因素均會影響板形，其中比較主要的有：（1）設備因素∶包括工作輥直徑、工作輥原始凸度以及支撐輥直徑和原始凸度；（2）工藝因素∶包括鋼板寬度、軋制壓力、張力、軋制速度、軋輥熱凸度、軋輥磨損等。這些因素互相影響、交叉作用，使板形成為一個比較復雜的問題；（3）壓下規程的變化：當壓下規程變化時，壓下量、速度等均會發生變化，進而影響到壓力、熱凸度等。這些因素的變化，使承載輥縫形狀變化，從而引起板形變化。

此外，被軋鋼板本身力學性能的均勻程度也會對板形有較大的影響。這種不均勻性主要源于鋼板內部組織不均，其后果是鋼板出現意外的局部浪皺。

我廠實際生產的12 mm和16 mm的Q460E的鋼板存在大量的非規格和不平度超標鋼板。由表1的軋制工藝可以看出，規程設計不合理，粗、精軋軋制道次不匹配，精軋道次過多，鋼板溫降大，導致最后幾道次變形抗力增大，造成浪彎、不平度超標等板形缺陷，難以保證軋制規格。同時，Q460E生產經驗少，矯直能力有限，因此，出現了較多的非規格和不平度超標的鋼板。

3　工藝優化

依據Q460E生產存在的主要問題，結合我廠生產設備實際情況，制定了相應的工藝優化方案。

3.1煉鋼工藝

鋼水冶煉過程中將C含量和Mn含量控制在中上限，提高鋼中元素的固溶強化效果，提高屈服強度，進一步降低鋼中P、S和氣體含量，減少對鋼的有害影響，使鋼板性能更加均勻穩定。連鑄通過鋼水凝固過程穩定控制，減輕板坯中心縮孔和偏析，保證鑄坯內在質量和外觀尺寸，減少軋制因坯料原始尺寸不均引起的尺寸精度和板形問題。

3.2軋鋼工藝

軋制工藝主要優化加熱制度減小軋制的變形應力，優化軋制道次和溫度，達到良好的細晶強化效果，同時實現良好的過程溫度控制，保證板形。合理地開啟冷卻水組數和輥道速度，通過合理的冷速控制實現良好的相變強化效果，控制好終冷溫度，保證矯直過程的良好板形，同時投入尺寸測量設備，與人工卡量相結合，提高尺寸控制精度和板形控制水平。

4　優化效果

4.1工藝控制效果

為了避免因成分控制在中下限引起屈服強度不合，本次Q460E成分控制在中上限。如表2所示，C和Mn均控制在中上限，P、S控制較低，整體控制水平較高，達到了良好效果。

4.2軋鋼工藝控制

表2　Q460E化學成分/%

為了實現良好的細晶強化效果和板形的良好控制，對12mm和16mm的軋制道次和終軋溫度以及冷卻速度進行了調整，過程控制參數如表3所示。

表3　Q460E鋼板軋制過程控制

從表3可以看出，優化道次和中間坯后，終軋溫度控制在850℃左右，通過層流輥道速度和開啟組數調整，將終冷溫度控制在合理的范圍內，既實現了組織轉變的良好控制，又保證了板形。

4.3屈服強度

對采用優化工藝生產的成品鋼板性能進行檢測，分析結果如表4所示。

表4　成品鋼板性能統計結果

經工藝優化后，屈服強度合格率達100%。由表4可以看出，不同規格屈服強度均有較大富裕，其它性能指標也達到標準要求，且均有較大富裕，工藝優化取得良好效果。

4.4尺寸精度和板形

通過道次優化，使終軋溫度控制在合理的范圍內，達到良好的細晶強化效果。激光測量儀的投入與人工卡量結合，很好地控制了尺寸精度和同板差。通過矯直機矯直工藝參數優化，制定合理的矯直工藝，保證成品板的板形質量。實際控制效果如表5所示。

表5　尺寸和板形控制效果

如表5所示，工藝調整后非規格比例和不平度超標比例均降至0，尺寸精度和板形控制取得良好效果。

5　結論

薄規格Q460E存在屈服強度低和尺寸精度和板形難以控制的問題，分析認為屈服強度低是由于成分控制在中下限，細晶強化效果不好所致。尺寸精度和板形控制不良主要是由于Q460E強度高，生產經驗少，矯直能力有限所致。軋制和冷卻工藝進一步優化，提高鋼板性能的同時，保證了鋼板軋后板形和快速冷卻后的板形質量。根據矯直機設備參數，針對鋼板強度高、矯直溫度低、規格薄的特點，制定合理的矯直工藝，保證了成品板的板形質量。

［1］葉斌，許興，吳結才，等.Mn含量和熱軋加熱溫度對高強度耐候鋼性能的影響［J］.上海金屬，2008，30（3）：37-40.

［2］楊海濤.中板廠軋制板形影響因素分析［J］.南鋼科技與管理，2009（2）：9-13.

［3］趙志業.金屬塑性變形與軋制理論［M］.北京：冶金工業出版社，1980.

［4］王廷溥.金屬塑性加工理論-軋制理論與工藝［M］.北京：冶金工業出版社，1998.

Optim ization of Production Process for Thin Q460E High Strength Steel Plate

TAN Hai-peng1，TONG Cheng-zhi1and SUNWei2
（1.Steel-making and Rolling Plant，Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China；
2.Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

The authors analyzed the causes for the problems of inappropriate yield strength and poor shape control for thin Q460E high strength steel plate and optimized steel-making process and rolling process.Consequently，the qualification rate of yield strength reached 100%and dimension precision and plate shape control levelwere substantially improved.The quality and shape of steel plate were ensured aswell.The scale production of thin Q460E high strength steel platewas realized.

thin；high strength steel plate；process；optimization

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.007

2016-03-06

2016-04-03

譚海鵬（1968—），男，天津人，碩士，高級工程師，主要從事中厚板生產技術及管理工作。