Q345B直角扁鋼質(zhì)量?jī)?yōu)化改進(jìn)措施

李祥才，張玉森

（青島特殊鋼鐵有限公司型材事業(yè)本部，山東青島266043）

生產(chǎn)技術(shù)

Q345B直角扁鋼質(zhì)量?jī)?yōu)化改進(jìn)措施

李祥才，張玉森

（青島特殊鋼鐵有限公司型材事業(yè)本部，山東青島266043）

針對(duì)Q345B直角扁鋼力學(xué)性能不均勻、部分規(guī)格承重不合格等質(zhì)量問(wèn)題，經(jīng)分析認(rèn)為，主要原因是扁鋼化學(xué)成分波動(dòng)較大、加熱溫度高、冷卻速度慢等。通過(guò)采取窄成分控制、降低加熱溫度、增加扁鋼上冷床冷卻速度等工藝措施，后續(xù)生產(chǎn)的Q345B系列直角扁鋼性能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，性能均勻，波動(dòng)小，滿足了用戶要求。

直角扁鋼；Q345B鋼；性能不均；承重；加熱溫度

1　前言

Q345B直角扁鋼［1］主要用在建筑行業(yè)，價(jià)格高，利潤(rùn)大，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè)鋼廠生產(chǎn)。青鋼型材事業(yè)本部主要生產(chǎn)圓角彈簧扁鋼［2-6］和直徑＞16 mm的圓鋼。根據(jù)客戶要求，青鋼型材事業(yè)部開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了Q345B直角扁鋼，增加了產(chǎn)品品種和效益，滿足了市場(chǎng)需求，但用戶在使用過(guò)程了出現(xiàn)了一些質(zhì)量問(wèn)題。為此，對(duì)質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出了解決問(wèn)題的優(yōu)化改進(jìn)措施，使得Q345B直角扁鋼的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升。

2　生產(chǎn)情況及出現(xiàn)的問(wèn)題

青鋼型材事業(yè)本部依據(jù)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1591—2008）于2014年12月生產(chǎn)了6個(gè)規(guī)格（16×95、16×63.5、10×76、10×50、16×38、13×38）的Q345B直角扁鋼。用戶使用后反饋該批次Q345B直角扁鋼剪切端部容易出現(xiàn)毛刺，并且力學(xué)性能不均勻。該批直角扁鋼化學(xué)成分如表1所示，部分規(guī)格扁鋼金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，用戶提供的部分規(guī)格承重性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表1　Q345B直角扁鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2　部分規(guī)格Q345B直角扁鋼金相檢驗(yàn)結(jié)果

表3　Q345B直角扁鋼拉伸性能

表4　部分規(guī)格Q345B直角扁鋼承重測(cè)試結(jié)果

從表3、表4可以看出，該批直角扁鋼力學(xué)性能明顯不均并且承重結(jié)果不完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。為了找出影響扁鋼力學(xué)性能不均和剪切端部出現(xiàn)毛刺的原因，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)影響扁鋼力學(xué)性能和其他質(zhì)量問(wèn)題的原因進(jìn)行分析。

3　質(zhì)量問(wèn)題原因分析

1）化學(xué)成分波動(dòng)。Q345B直角扁鋼力學(xué)性能不均與鋼中化學(xué)成分波動(dòng)有關(guān)。由于不同爐次煉鋼時(shí)，同一鋼號(hào)不同爐批中有的元素含量為上限，有的元素含量偏下限，這會(huì)直接導(dǎo)致力學(xué)性能不均。

2）非金屬夾雜物（B類、D類）不均勻。煉鋼時(shí)工藝控制不穩(wěn)定，不同爐次不同類型夾雜物含量及尺寸也有所不同（其中對(duì)拉伸性能影響最大的是B類和D類脆性?shī)A雜物），引起的應(yīng)力集中程度不一樣，從而會(huì)引起強(qiáng)度的不一致。

3）鋼中出現(xiàn)了魏氏組織。加熱溫度過(guò)高，往往會(huì)造成鋼中出現(xiàn)魏氏組織，魏氏組織對(duì)鋼的力學(xué)性能有影響，并且鋼中合金元素V的作用以及加熱軋制過(guò)程導(dǎo)致的鋼中晶粒度不同也會(huì)造成直角扁鋼力學(xué)性能波動(dòng)不均。

4）加熱過(guò)程出現(xiàn)脫碳層。加熱過(guò)程Q345B扁鋼表面會(huì)不可避免出現(xiàn)脫碳層，會(huì)導(dǎo)致扁鋼表面強(qiáng)度下降，尤其是當(dāng)表面出現(xiàn)完全脫碳層時(shí)，完全脫碳層與部分脫碳層之間的過(guò)渡區(qū)易產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋，較快引起拉伸斷裂。脫碳層厚度的不同，也會(huì)引起強(qiáng)度不同。

鋼坯加熱溫度、加熱時(shí)間、加熱溫度波動(dòng)范圍與脫碳層深度直接呈正相關(guān)關(guān)系，因此在滿足軋制溫度要求的前提下，要降低脫碳層的深度就應(yīng)當(dāng)盡量降低鋼坯的加熱溫度、加熱時(shí)間和縮小其加熱溫度波動(dòng)范圍，特別是在加熱爐待軋時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行待軋降溫制度，通過(guò)控制鋼坯的加熱溫度和加熱時(shí)間，尤其是控制鋼坯在高溫段的滯留時(shí)間，達(dá)到降低鋼坯脫碳層深度的目的。另外爐內(nèi)氣氛也是影響鋼坯脫碳層的因素之一，只有保證爐內(nèi)為還原性氣氛或至少為弱氧化性氣氛，鋼坯的脫碳現(xiàn)象才會(huì)隨之減少。經(jīng)計(jì)算，青鋼高爐煤氣加熱爐內(nèi)如果按至少弱氧化性氣氛控制，空燃比最大應(yīng)為1.82，除空燃比外，爐壓同樣影響爐內(nèi)氣氛。如果加熱爐各段經(jīng)常處于負(fù)壓狀態(tài)，在爐門(mén)、測(cè)溫孔、窺視孔等處就會(huì)有大量冷空氣吸入爐內(nèi)，很容易使?fàn)t內(nèi)氣氛處于強(qiáng)氧化狀態(tài)，爐壓處于負(fù)壓狀態(tài)將會(huì)導(dǎo)致鋼坯表面脫碳層增加。

5）冷卻速度不均勻。直角扁鋼上冷床后及堆冷時(shí)，冷卻速度不同，會(huì)導(dǎo)致鋼組織中珠光體含量不同，具體表現(xiàn)為扁鋼和扁鋼之間空齒的不同及堆冷時(shí)間的長(zhǎng)短。扁鋼之間不空齒或堆冷時(shí)間長(zhǎng)，扁鋼冷卻速度較慢，組織會(huì)出現(xiàn)較多的鐵素體，導(dǎo)致強(qiáng)度偏低。這也是剪切時(shí)扁鋼端部出現(xiàn)毛刺的原因。反之，如果扁鋼之間空齒、堆冷時(shí)間短，扁鋼冷卻速度會(huì)較快，扁鋼組織將出現(xiàn)較多的珠光體，扁鋼硬度偏高，強(qiáng)度高。

6）表面缺陷。扁鋼表面如有劃傷、裂紋等缺陷，將會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致扁鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度低，反之，強(qiáng)度則高。

7）尺寸效應(yīng)。尺寸小的扁鋼力學(xué)性能往往比尺寸大的高，這也是不同規(guī)格Q345B直角扁鋼力學(xué)性能波動(dòng)的原因之一。

4　質(zhì)量提升措施

4.1優(yōu)化控制化學(xué)成分

將Q345B鋼化學(xué)成分各個(gè)元素控制范圍進(jìn)行了細(xì)化，對(duì)成分實(shí)行了窄帶控制，防止因?yàn)槌煞值牟▌?dòng)造成扁鋼力學(xué)性能不均勻。

4.2優(yōu)化非金屬夾雜物控制工藝

穩(wěn)定煉鋼工藝，減少非金屬夾雜物數(shù)量和級(jí)別，尤其是B類和D類脆性?shī)A雜物。一是盡量減少外來(lái)夾雜物進(jìn)入鋼水，二是設(shè)法將已存在鋼水中的夾雜物排出，降低夾雜物的含量和尺寸。

減少外來(lái)夾雜物對(duì)鋼水的污染主要控制措施包括：控制好出鋼時(shí)的脫氧操作和擋渣操作，防止鋼包下渣，對(duì)鋼包吹氬，適當(dāng)增加吹氬時(shí)間，并且采用爐外精煉技術(shù)，使得夾雜物充分上浮以及采用合適的保護(hù)渣和高質(zhì)量的耐火材料；鋼包及中間包等清理干凈，采用保護(hù)澆注防止鋼水二次氧化等，達(dá)到減少外部夾雜的目的。

Q345B鋼水內(nèi)部夾雜物控制關(guān)鍵是冶煉過(guò)程的脫氧，通過(guò)選擇合理的脫氧劑及脫氧制度，控制好脫氧產(chǎn)物中非金屬氧化物的數(shù)量和形態(tài)。連鑄過(guò)程確保澆注穩(wěn)定，充分協(xié)調(diào)好煉鋼與連鑄的生產(chǎn)節(jié)奏，保證連鑄鋼水的準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)；盡量減少拉速的變化，中間包澆鋼時(shí)做到滿包操作，保持液面穩(wěn)定，防止結(jié)晶器液面波動(dòng)。通過(guò)改進(jìn)冶煉工藝，將鋼中的氧含量控制在適宜水平，將B類和D類脆性?shī)A雜物轉(zhuǎn)化為塑性?shī)A雜物，從而提高鋼的力學(xué)性能。

4.3優(yōu)化加熱制度

根據(jù)加熱溫度、加熱時(shí)間和加熱溫度波動(dòng)范圍對(duì)組織和脫碳層的影響，將鋼坯加熱溫度降低了20℃，優(yōu)化前后的加熱制度見(jiàn)表5。

表5　Q345B鋼優(yōu)化前后的加熱工藝

優(yōu)化后的待軋降溫制度為：所有方坯預(yù)熱段溫度700～980℃，加熱段溫度（1 020±20）℃，均熱段溫度（1 000±20）℃。

此外為了保證加熱爐內(nèi)為還原性氣氛，使加熱爐加熱段和均熱段空燃比≯1.82，同時(shí)為了避免加熱爐各段處于負(fù)壓狀態(tài)，根據(jù)加熱爐爐況，爐壓控制在6～8 Pa，保證冷空氣不吸入爐內(nèi)，防止?fàn)t內(nèi)氣氛處于氧化狀態(tài)。

4.4其他優(yōu)化措施

開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，扁鋼在冷床上僅空1齒。為了增加扁鋼的強(qiáng)度，扁鋼之間空兩齒，這樣扁鋼冷卻速度適當(dāng)加快，扁鋼強(qiáng)度增大，可防止扁鋼剪切端部出現(xiàn)毛刺。

加強(qiáng)導(dǎo)衛(wèi)、軋輥的安裝調(diào)整，全面檢查輥道的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，避免扁鋼表面產(chǎn)生劃傷。一旦產(chǎn)生劃傷，要立刻停車，查找到產(chǎn)生表面劃傷的原因，采取措施消除這一缺陷。對(duì)開(kāi)軋前3支、更換導(dǎo)衛(wèi)和軋槽后第1支、每批的第1支進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)酸洗檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整解決。

5　工藝優(yōu)化效果

2015年3月按照新改進(jìn)的工藝生產(chǎn)了Q345B直角扁鋼20×95規(guī)格62.78 t，4月份按照新的工藝生產(chǎn)了20×95、20×63.5、20×76、10×76共4個(gè)規(guī)格Q345B直角扁鋼125.684 t，化學(xué)成分、金相組織及力學(xué)性能見(jiàn)表6～8。承重抽檢全部合格。

表6　Q345B鋼優(yōu)化后成分及實(shí)測(cè)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

檢驗(yàn)結(jié)果表明，化學(xué)成分全部符合優(yōu)化后的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，組織中含少量魏氏組織，脫碳層深度相對(duì)改善，不同爐次夾雜物級(jí)別相差不大，并且B類脆性?shī)A雜最大不超過(guò)2級(jí)，D類脆性?shī)A雜最大不超過(guò)1級(jí)，力學(xué)性能全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，總體波動(dòng)小?，F(xiàn)場(chǎng)觀察所有規(guī)格直角扁鋼表面質(zhì)量良好。產(chǎn)品完全滿足用戶，承重性能全部高于標(biāo)準(zhǔn)要求且分布均勻，說(shuō)明Q345B直角扁鋼煉鋼和軋鋼工藝的優(yōu)化起到應(yīng)有的效果，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升。

表7　Q345B直角扁鋼優(yōu)化后金相檢驗(yàn)結(jié)果

表8　Q345B鋼優(yōu)化后的力學(xué)性能

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Abstrraacctt：For the non-uniform mechanical properties of Q345B rectangular flat bar，load-bearing substandard of some specifications and other quality problems，analyses believed that the bigger fluctuation of chemical composition，the higher heating temperature and slow cooling rate are the main reasons.By taking some technology measures such as narrow component control，reducing heating temperature and increase the cooling rate of the flat bar in bed，the properties of the Q345B series rectangular flat of subsequent production can fully meet the standard requirements.The mechanical properties are uniform and have small fluctuation，and that can meet the user requirements.

Key worrddss：rectangular flat bar；Q345B steel；non-uniform mechanical property；load-bearing；heating temperature

數(shù)值范圍用浪紋線

GB/T 15834—2011規(guī)定：浪紋線“～”用于連接數(shù)字范圍，如a～b，這里的a、b為不同的實(shí)數(shù)，因此，在科技書(shū)刊中，凡實(shí)數(shù)的數(shù)值范圍應(yīng)當(dāng)用“～”連接，不應(yīng)采用一字線“—”。例如：0.25～0.75，750～780℃，190～220 mm， 0.9～1.2 m/min。只有標(biāo)示相關(guān)項(xiàng)目（如時(shí)間、地域等）的起止用一字線，例如：2011年2月3日—10日，北京—上海特別旅客快車。

（燕明宇）

Quality Optimization and Improvement Measures of Q345B Rectangular Flat Steel

LI Xiangcai，ZHANG Yusen
（Headquarter of Section Enterprise，Qingdao Special Iron and Steel Co.，Ltd.，266043，China）

TG335.5+7

A

1004-4620（2016）03-0029-03

2015-12-28

李祥才，男，1976年生，2008年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)材料加工工程專業(yè)，碩士。現(xiàn)為青鋼型材事業(yè)本部技術(shù)開(kāi)發(fā)部工程師，從事特鋼研發(fā)與生產(chǎn)工作。