鈦微合金化低合金高強鋼Q355MB的生產實踐

李 鐵，谷國華，王 波

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271199）

1 前言

低合金高強鋼是一類具有良好加工性能和焊接性能的結構用鋼，隨著國民經濟的高速發展，普通碳素結構鋼在很大程度上已經不能滿足市場的需求，低合金高強鋼在加工使用中的比例逐漸加大。低合金高強鋼的產品質量已經成為鋼鐵企業技術水平的重要指標。

微合金化技術是提高結構鋼強韌性的途徑之一。鋼中一般添加微合金化元素Nb、V、Ti，其原理一是通過碳、氮化物阻止晶粒長大的細晶強化；二是通過鋼中細小的、彌散的沉淀相，與位錯發生交互作用，造成對錯運動的阻礙，使鋼的強度得以提升的析出強化。采用成本相對低廉的Ti，生產鈦微合金化低合金高強鋼，具有顯著的成本優勢。配合控軋控冷工藝技術（TMCP），通過控制軋制和層流冷卻，進一步起到強化作用。泰山鋼鐵通過冶煉工藝控制實現鈦的微合金化，配合軋制過程中的控軋控冷工藝，成功開發出了具有強韌性和良好焊接性能的Q355MB鋼［1-4］。

2 Q355MB鋼的開發試制

2.1 技術要求

Q355MB鋼不僅要求其具有較高的強度，還需具有良好的冷加工性，優良的焊接性以及高質量的表面。其力學性能和工藝性能要求如下：屈服強度ReH≥355 MP，抗拉強度Rm為 470～630 MPa，伸長率A≥22%，20℃V型缺口縱向試樣沖擊吸收能量值KV2≥34 J，180°冷彎試驗合格，碳當量CEV≤0.39%。

2.2 成分設計

為保證鋼的力學性能，同時考慮合金生產成本，Q355MB鋼采用Ti強化工藝，在C、Mn固溶強化的基礎上，添加適量的Ti微合金化元素，加熱時阻礙原始奧氏體晶粒的長大，軋制過程抑制再結晶后的晶粒長大，冷卻過程中起到析出強化作用。同時嚴格控制鋼中有害雜質的含量，保證鋼的冷彎性能和沖擊韌性。為解決鋼帶表面氧化鐵皮問題以及確保更好的焊接性能，Q355MB鋼采用低碳低硅，最終的熔煉成分設計如表1所示。

表1 Q355MB鋼熔煉成分控制標準 %

2.3 工藝路線

Q355MB鋼生產工藝流程：高爐鐵水→KR脫硫→轉爐冶煉→LF爐精煉→保護澆注→板坯加熱→粗軋→爐卷+3連軋→“密集型”層流冷卻→卷取入庫。

2.4 冶煉工藝控制

1）KR脫硫。Q355MB鋼常用于結構件的加工制作，服役過程中設計沖擊和彎曲變形，對鋼水的純凈度要求較高，為保證鋼水的最終S含量，必須控制KR脫硫后鐵水中的S含量≯0.005%，并保證扒渣干凈。

2）轉爐冶煉。提高轉爐脫磷率，吹煉全程底吹氬模式，出鋼采用滑板擋渣，出鋼時間≮2.5 min，嚴格控制下渣量，為后續的LF精煉造渣創造了有利條件。

3）LF爐精煉。調整鋼液成分，造還原精煉渣，降低鋼水氧化性。Ti的合金化采用含量為70%左右的鈦鐵，一次足量加入，盡可能的避免Ti含量不足造成的二次補加，提高收得率。

4）連鑄工藝。中間包鋼水過熱度控制在15～25℃，全程保護澆注，減少鋼水的二次氧化。采用板坯抗裂紋保護渣，1.0 m/min恒拉速，控制鑄坯表面缺陷。

2.5 軋制工藝控制

爐卷軋機+3連軋的生產模式具有一定的特殊性，為充分利用鈦合金化起到的細晶強化作用，根據軋機特點，制定適合的加熱制度和軋制制度。

1）加熱制度。為保證板坯加熱質量，保證粗軋開軋溫度，又要防止奧氏體晶粒的過分長大，加熱爐均熱段的目標溫度設置為1 230℃，加熱時間180 min。

2）軋制工藝。為保證奧氏體在完全再結晶溫度以上有效變形，粗軋開軋溫度控制在1 100℃以上，充分利用粗軋軋制力大的有利條件，提高變形量，增加奧氏體再結晶數量，細化晶粒。爐卷軋機分為兩種情況：一種情況是成品厚度≤7 mm，爐卷軋機投用3次，則將卷取爐溫度設置在1 050℃，控制爐卷軋機第3道次的鋼帶厚度，在精軋3連軋期間累計變形量，形變誘導相變起到細化鐵素體晶粒和珠光體球團的效果；另一種情況是成品厚度＞7 mm，爐卷軋機投用1道次，帶鋼不進卷取爐，可將爐卷軋機+3連軋看作4連軋，控制粗軋的中間坯厚度，在精軋區累計變形量。終軋溫度設置在820℃。軋后的冷卻速度可以影響碳化物在鐵素體中的彌散分布和珠光體片層間距，影響鋼帶綜合性能。密集型層流冷卻可以在提供大冷速的同時精確控制冷卻溫度。卷取溫度設置在630℃。

3 Q355MB鋼的檢測結果

3.1 力學及工藝性能檢測

鋼帶下線后力學性能檢測結果如表2所示（規格7.75 mm×1 500 mm）。屈服強度遠高于355 MPa的標準要求，也高于同產線常規工藝生產的普通Q355B鋼種。采用規格為5 mm×10 mm×55 mm輔助試樣檢測0℃V型缺口縱向試樣沖擊吸收能量值KV2，滿足標準中對C級鋼的要求。

表2 力學及工藝性能檢測結果

3.2 金相分析

對試樣在金相顯微鏡下進行夾雜物檢測，僅檢測到D類細系夾雜物，級別為1.5級，如圖1所示。

圖1 D類夾雜物1.0級

在掃描電鏡下對夾雜物和析出物進行能譜分析，如圖2所示。檢測發現球形夾雜物中存在鈦元素，析出物為鈦的碳、氮化物。能譜分析結果如表3所示。

圖2 夾雜物和析出物能譜分析

表3 能譜分析結果 %

將金相試樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕后觀測，Q355MB鋼的組織為鐵素體+珠光體，晶粒度12.5級，厚度方向上組織均勻，無混晶現象，無明顯的帶狀組織，具體見圖3。圖4為同產線Q355B產品組織，晶粒度11.0級，且存在明顯的帶狀組織。

圖3 Q355MB鋼金相組織

圖4 Q355B鋼金相組織

4 結語

目前采用鈦微合金化結合控軋控冷工藝生產的Q355MB產品，組織均勻，性能高于標準要求。在有效控制成本的同時兼具良好的加工性和焊接性，且表面質量優于同產線常規工藝生產的Q355B鋼種，符合客戶的加工制造要求，具有一定的推廣價值。