高强度厚壁H型钢桩轧制工艺优化研究

朱秋菊，张 蕾，李同敬

（1.山东钢铁集团莱芜分公司技术中心,山东 莱芜 271104；2.山东钢铁集团莱芜分公司型钢厂,山东 莱芜 271104）

S450J0级高强度厚壁H型钢桩主要用于制作多层框架柱、门式钢架柱以及平台柱等，在承受重荷载高大建筑结构中以拼接组合方式形成局部稳定截面，以确保整体高强度、高刚度工程的需要。用其制作的结构主要应用于浅海及沼泽地带的房屋建筑体系、深基坑支护体系等工民建领域。

由于其强度要求高、翼缘厚度大、碳当量控制严格，因此热轧生产难度较大。莱钢大型型钢线在前期生产过程中采用V-N微合金工艺进行生产，利用轧制过程中形成的钒的碳化物和氮化物的固溶析出强化作用，提高钢材的强度。但是，由于轧钢生产线无快速冷却系统，造成产品的机械性能波动较大，尤其是屈服强度，部分炉次的产品出现性能不合现象。通过对加热、轧制工艺进行优化改进，解决了高强度H型钢桩生产中的技术难题，钢材的性能检验合格率大幅提升。

1 生产工艺流程

连铸→热装炉→加热→高压水除磷→开坯轧制→精轧机组（UR-ED-UF）往复式轧制→分段、取样、切尾→冷床冷却→矫直→成排收集→定尺锯切→检查→合格品码垛→打捆→标识→入库。

2 性能不合表现及其原因分析

对性能不合的部分炉次产品进行检测分析。

2.1 性能不合表现

2.1.1 金相组织

从金相组织的检验结果看，轧后组织正常，为铁素体+珠光体组织，心部组织有明显带状组织（3.0级），组织分布均匀，细小区域晶粒度达到8.0级，粗大区域只有6.5～7.0级，而且粗大区域所占比重较大。夹杂物正常，并未发现大型夹杂，见图1。表面组织存在轻微带状组织，组织较为均匀，平均晶粒度达到8.0级左右，夹杂物正常，并未发现大型夹杂，见图2。

图1 心部组织×100

图2 表面组织×100

2.1.2 断口扫描电镜分析

对性能不合产品进行断口扫描，发现其断口均为典型的韧窝断口，未见异常，如下页图3所示。

2.2 原因分析

图3 断口形貌

综合分析性能不合试样，轧制面表面组织均较细小、均匀，为轻微带状组织，随着厚度的增加，晶粒逐渐增大，而且晶粒不均匀性加大；同一厚度处，细小区域晶粒度达到8级以上，粗大区域达6.5～7.0级。

1）加热过程中加热温度较高，现场的均热段实际温度在1 230～1 250℃之间，尽管可以保证钒的碳、氮化物可以全部固溶，但是却导致初始晶粒度较大，对晶粒细化以及碳、氮化物的析出产生不利的影响［1］。

2）在轧制过程中，终轧道次将部分晶粒破碎形核，但是部分晶粒由于道次压下率较小，没有得到细化的机会，末道次翼缘实际道次压下率不到10%，导致晶粒粗大。

3）钒的碳、氮化物等第二相粒子由于晶粒较为粗大，导致析出相较少；同时由于型钢线无快速冷却系统，使得第二相粒子析出的动力不足，进一步减少了析出相的数量，减弱了析出强化的作用。

3 改善措施

1）降低加热温度。钒的固溶度积公式：

式中：[V]代表钒的质量分数；[N]代表氮的质量分数；T 为加热温度。

由式（1）和式（2）可知，钒在1 100℃以上即可以实现全固溶，考虑到轧制效率以及轧机的负荷情况，将加热温度定在1 200～1 220℃之间，并尽量减少加热段时间，适当增加均热时间［2］。

2）将末道次翼缘的道次压下率调整到15%以上，并且控制终轧温度不超过850℃。

3）将冷却水的开度调整为最大。

4 改进效果

按照上述的工艺措施在现场整改应用后，大幅提高了高强度厚壁H型钢桩的性能检验合格率，轧材的物理性能以及表面质量都得到大幅提升，并且微观组织晶粒度由原先的平均7.0级提升到8.5级以上，见图4；屈服强度平均值由工艺实施前的460 MPa提升至473 MPa。

图4 组织×100

5 结语

高强度厚壁H型钢桩轧制工艺优化完成后，使得该产品的性能检验合格率由工艺实施前的95%提升至目前的97%，同时使得成材率、合格率等指标得到提升，煤气消耗减少了0.1 GJ/t钢，有力保证了生产顺行，进一步提高了H型钢的产品质量，扩大了市场占有率。

［1］尹桂全.氮含量和TMCP对微合金V-N钢显微组织和力学性能的影响［J］.金属热处理，2008（3）：66-67.

［2］杨才福，张永权.钒氮微合金化技术在HSLA钢中的应用［J］.钢铁，2002（11）：32-33.