船体结构用热轧H 型钢生产研究与应用

刘 波 任 伟

（1 莱钢股份型钢厂大型轧钢车间；2 莱钢股份型钢厂中型轧钢车间，山东 莱芜 271104）

前言

随着造船工业的不断发展，造船工业所用的钢材品种越来越多，数量越来越大。建造一艘16000 吨级货船，单船体用钢材就需要4600 吨。现代船舶的船体结构制造所用材料主要是一般强度船体结构用钢、高强度船体结构用钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢、复合钢板、Z 向钢、铝合金、增强塑料等[1]。H 型钢具有力学性能优越、重量轻、施工快捷、抗震性能好、节能降耗等优点，广泛应用于大跨度空间结构、桥梁基础、民用高层建筑，以及各种工业厂房及锅炉钢架等领域[2]。为了造船业对钢材大规格高强度的要求，莱钢研究开发了船体结构用热轧H 型钢产品。

本文论述了船体结构用热轧H 型钢的冶炼和轧制生产工艺，利用金相分析对轧件进行了金相观察，同时对轧件进行了物理检测。

1 成分设计及生产工艺

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1.1 化学成分

化学成分见表1。

1.2 性能要求

1.3 生产工艺

铁水预处理-银山型钢120t 转炉冶炼-LF 精炼-1#机异型坯连铸-型钢厂大型H 型钢轧制。钢坯经铁水预处理、转炉顶底复吹、微合金化、LF 炉精炼处理等生产工序。在型钢厂，坯料经自动控制燃烧的步进式加热炉加热，再经高压水除鳞、BD 机开坯轧制、X-H可逆万能精轧等工艺过程完成轧制。

1.3.1 冶炼工艺

入炉原料必须满足转炉工艺技术要求，铁水含硫量≤0.020%；严格装入量，误差小于±0.5 吨。终渣碱度控制在3.2 范围内。底吹模式采用自动E 模式。全程渣子化好、化透,终点压枪时间≮1分钟。脱氧合金化。采用硅锰、高锰进行合金化。采用硅钙钡脱氧，硅钙钡2.7kg/t；炉长视过氧化情况可补加硅钙钡。合金加入：当钢水出至1/4时开始均匀加入，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。严格执行挡渣操作，挡渣棒（挡渣球）在放钢3/5～4/5 加入。出钢时间不小于3分钟。全程底吹氩搅拌，前期可根据情况适当调高氩气压力，出站前采用小压力软吹，保证夹杂物上浮，保证精炼软吹氩大于12分钟。根据炉渣的粘度、颜色及泡沫化程度，用碳化钙、碳化硅等调整炉渣，出站前顶渣应达到白渣或黄白渣。采用喂碳线增碳。精炼软吹氩之前喂CaSi 线150-200m/炉。使用改进后大包水口，加密封圈，全程保护浇注。结晶器采用非正弦振动。拉速控制在0.95～1.05m/min。

1.3.2 轧制工艺

高压水除鳞时轧件运行速度为1.0m/s。喷嘴工作压力205bar，流量不低于35m3/h。

1180 ℃左右实行开坯轧制，坯料在万能粗轧区前待温至950℃进人精轧机组轧制，精轧终轧温度850℃。机后水冷线喷嘴全开，上冷床温度控制在700℃～750℃之间。轧件下冷床温度：轧件下冷床的温度应低于120℃，如下冷床的温度大于120℃时要开启冷床风机强制冷却。矫直温度应低于120℃，对于矫直过程中出现的各类弯曲轧件，尽快进行压力矫直机的重矫并及时跟队。轧制规程如表1 所示。

从表1 可以看出，采用7 道次轧制，各道次的腹板、翼缘伸长率较小。为防出现腹板波浪，H 型钢单道次翼缘与腹板伸长率的比值需大于1.0。对于宽翼缘规格产品，如该比值过大，翼缘将对腹板产生附加拉应力，出现腹板厚度不均匀现象，严重的会产生腹板孔洞；对于窄翼缘规格产品，该比值过大，会出现翼缘宽度波动，严重的会形成翼缘波浪。

对热轧后钢进行取样，试样经打磨抛光后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，采用金相显微镜观察试样的组织形貌。两块钢板金相照片如下图所示：

图1 轧后金相组织Fig.1 Microstructure of the samples after rolling

由图1 可知，采用7 道次轧制后组织为铁素体与珠光体混合物，晶粒度7.5 级，混晶组织比较严重，带状组织3 级左右。

如表4 所示，采用7 道次轧制工艺，试样的屈服强度和抗拉强度均符合国家标准。采用7 道次轧制后，轧制压缩量大，同时开轧温度和终轧温度低，内部组织进行相转变时，形核点较多，钢材晶粒大小得到有效控制。钢材晶粒减小，有助于强度和延伸率的增加。

结论

本文论述了船体结构用热轧H 型钢的冶炼和轧制生产工艺，利用金相分析对轧件进行了金相观察，同时对轧件进行了物理检测。通过设定合理的精轧开轧、终轧温度，适当加大各道次压缩比等轧制工艺，能有效控制轧件晶粒大小，改善轧件带状组织，保证轧件的强度、延伸等性能。产品性能稳定，实现了批量生产。

[1] 王俊生，徐春.H 型钢X-H 轧制中R 处缺陷的研究[J]，热处理， 2009，(24):56-59.

[2] 郭娟，吴迪.H 型钢轧后控制冷却的研究与应用[J].钢铁研究学报，2007，(5):40-43