降低低合金高強度H型鋼生產成本的研究與實踐

陳帥 劉小剛 穆鴻敏 溫瀟

摘? 要：為了提高該公司低合金高強度H型鋼產品的性能，降低生產成本，增強產品的競爭力，提高企業的經濟效益和生產效率，通過對該公司生產的低合金高強度H型鋼的生產工藝、組織、性能等特點分析，找出了產品性能不合的原因，主要是元素C、Si、Mn、微合金V元素的含量及控軋控冷工藝的影響，在實踐中通過采用合理的合金成分設計與控軋控冷工藝相結合，保證低合金高強度H型鋼力學性能符合產品標準，產品質量合格。

關鍵詞：低合金高強度鋼;微合金化;控軋控冷;H型鋼

中圖分類號：TG335? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

山西安泰大H型鋼生產線引進德國SMS梅爾公司主體設備和先進的數字化加熱爐技術、CCS（緊湊式滑移機架）萬能軋機、X-H軋制工藝技術、CRS矯直技術等，全線采用計算機控制，主要生產H200～1000×200～400mm熱軋H型鋼。

低合金高強度鋼是在碳含量低于0.20%的普通碳素鋼的基礎上，通過添加一種或多種少量合金元素，合金元素通過固溶強化、細晶強化、沉淀強化、形變強化和相變強化等強化方式，使強度高于普通碳素鋼的一類鋼。該公司生產的低合金高強度H型鋼廣泛用于建筑結構等領域，同普通的碳素結構鋼相比，低合金高強度H型鋼具有優良的力學性能和突出的經濟優勢，但自該公司自開始生產低合金H型鋼，部分規格H型鋼性能波動較大，不能滿足鋼材高強度、高塑性和高韌性等的要求，軋制后出現性能不合的現象，為了減少公司損失，保證產品力學性能合格，該公司采取了V微合金化技術及控軋控冷相結合的技術，鑒于2019年2月低合金高強度結構鋼的新標準的實施，為了繼續降低公司生產成本，重新優化了異型坯成分，使產品性能符合標準要求。

1 工藝路線

鐵水―轉爐―LF―異型坯連鑄―加熱爐―高壓水除鱗―開坯（BD）機―萬能精軋軋機（UR-E-UF）―取樣、分段、切尾―冷卻―矯直―定尺鋸切―檢查―打捆―標識―入庫。

2 工藝研究

2.1 原因分析

針對該公司部分規格H型鋼屈服強度低的現象對數據進行統計分析，表1是部分合格與不合格產品的熔煉成分。

由表1分析可得： 合格產品與不合格產品P、S元素均值相對穩定，且標準差較小，說明該公司設計成分中這兩元素對屈服強度的影響較小， 但C、Si、Mn3個元素標準差較大，說明成分波動大，但均在內控要求范圍，且不合格產品的這3個元素的含量均比合格產品低，說明這三大元素對屈服強度有較大影響。

計算可得回歸方程：屈服強度ReL= exp（Y'）? Y' = 5.623 + 0.777C + 0.313Si + 0.005Mn

由回歸方程分析可得：影響該公司低合金H型鋼屈服強度的主要元素是C、Si、Mn，且隨著C、Mn、Si含量的增加強度增加，但是C元素影響最為顯著。但該公司內控成分C含量偏上限，且C含量的增多直接影響鋼的焊接性能，隨著Si量增加，同樣會降低鋼的焊接性能、使鋼的韌性和塑性降低;且含Mn較高時，有較明顯的回火脆性現象，增加鋼的過熱敏感性（粗晶），因此，考慮通過加入細化晶粒元素V來改善鋼材的性能。

2.2 成分優化

為了減少該公司由于性能不合判廢的損失，需通過微合金化及控軋控冷相結合的技術來提高該公司低合金高強度H型鋼性能。

2.2.1 V微合金化

V細化晶粒作用強，可提高鋼的強度和韌性，減小過熱敏感性，提高熱穩定性且V與O、N都有很大的親和力，且生成的化合物極其穩定，煉鋼較易操作。綜合考慮通過降Mn加V提高H型鋼性能。

2.2.2 控軋控冷

加熱溫度控制在1 200 ℃～1 280 ℃，出鋼前進行必要的保溫。加熱溫度的關鍵是促進微合金化元素在鋼種的充分溶解。開坯溫度控制在980 ℃～1 180 ℃。在奧氏體未再結晶區軋制，其溫度區間一般為950 ℃～Ar3，因此，萬能軋機開軋溫度控制在920 ℃～980 ℃。終軋溫度控制在950 ℃以下，保證低合金H型鋼產品性能。表2是低合金H型鋼優化后成分統計表。表3是優化前后性能對比統計表。

由表2及表3分析可得：優化后成分Mn含量均值降低約0.18%，增加V含量約0.022%，屈服強度均值提高17 MPa，抗拉強度提高約9 MPa，伸長率略有降低，但影響較小，常溫沖擊功變化不大，且各項性能均符合標準要求，未有因性能不合降判的產品。根據成本核算，噸鋼降成本約13元。

圖1及圖2是成分優化前后翼緣試樣的金相組織圖。由圖2分析可得：優化前后試樣基體組織均為鐵素體+珠光體組織，優化前翼緣的晶粒度8.0級，且有魏氏組織傾向和帶狀組織，帶狀組織3級。優化后翼緣晶粒度8.5級，且縱向帶狀組織較輕僅1.0級。優化后晶粒度變細，且組織均勻，力學性能有所改善。

2.2.3 低合金高強度鋼新標準的實施應用

2019年2月低合金高強度結構鋼新標準已實施，該標準重新修訂了鋼的牌號、化學成分、碳當量及力學性能的要求，基于新標準為使生產成本最低，公司效益最大化，重新對該公司生產的低合金高強度H型鋼成分進行優化。通過提C降Mn及V微合金化，使產品力學性能符合標準要求。表4是通過提C降Mn及V微合金化成分優化后統計表。表5是優化后性能統計表。

由表4表5分析可得：基于新標準的實施，該公司生產的低合金高強度H型鋼產品成分均在標準要求范圍內，各項力學性能也符合標準要求，沒有因性能不合產生的降級品。經過財務成本核算，硅錳合金消耗降低了3.06 kg/t，噸鋼降低成本約21元。

3 結論

影響該公司低合金高強度H型鋼屈服強度的主要元素是C、Si、Mn，且隨著C、Mn、Si含量的增加強度增加，但C元素影響最為顯著。在低合金高強度H型鋼的成分設計中添加適當的 V元素通過與控軋控冷工藝相結合可以起到細化晶粒、提高產品力學性能的效果。通過成分優化，降低了產品的生產成本，提高的公司的經濟效益，各項性能符合標準要求，優化后未產生因性能不合的降級品，同時也提高了產品的市場競爭力。

參考文獻

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