低温高韧性热轧H型钢产品开发

彦井成，吴保桥，龚庆华，夏　勐，邢　军，黄　琦

(马鞍山钢铁股份有限公司　马鞍山　243000)



低温高韧性热轧H型钢产品开发

彦井成，吴保桥，龚庆华，夏勐，邢军，黄琦

(马鞍山钢铁股份有限公司马鞍山243000)

摘要：通过马钢多年来的持续努力，成功开发出满足-50℃冲击性能要求的热轧H型钢生产技术，使H型钢能够在-50℃及以下低温环境下具有良好的抗低温冲击韧性。

关键词：低温；高韧性；H型钢

近年来，能源的开采从环境条件适宜区域向气候恶劣的北极区域转移，由于北极地区是气候条件恶劣的高寒地区，使得在北极等高寒地区建造或使用的油气开采装置必须具有高的耐低温特性，使用的钢铁结构材料必须在-50℃以下的严寒条件下，具有优异的低温冲击韧性要求。而按照一般H型钢生产工艺流程生产出的H型钢，其韧韧脆转变温度在-10℃左右，如用于高寒地区和低温环境，则在承受动载或冲击时，容易出现脆断，造成不必要的损失，用于及以下环境的H型钢，其低温冲击功须大于27J；而以异型坯为原料，采用铁水预处理、低温大压下和轧后控冷等措施生产的热轧H型钢，-50℃低温韧性等可满足-50℃冲击性能要求。同时，采用H型钢替代焊接H型钢可以减少焊接工序，提高了工程进度、材料利用率和安全性。

1　化学成分及轧制工艺设计

1.1生产工艺流程

铁水预处理→转炉冶炼→吹氩→LF炉→异型坯全保护浇铸→铸坯表面清理→步进式加热炉加热→高压水除磷→BD机开坯→万能轧机粗轧→矫直→取样→表面检查→性能检验→发货。

1.2化学成分设计

微合金化技术是上世纪七十年代以来较为先进的新型钢铁冶金技术，通过在钢中添加微合金元素，配合以控制轧制技术，使得钢的各项性能得到提高。微合金化技术的利用在提高钢材的强度同时，也使得钢材的低温韧性得到了明显改善。

从合金元素的有效性、合金元素的交互作用、合金元素的成本、材料的焊接性以及马钢的生产装备水平等方面，进行成分设计研究，确定了适应马钢生产实际的355MPa级低温高韧性热轧H型钢的冶炼内控成分见表1。

表1　S355ML牌号的化学成分(熔炼成分，wt%)

1.3轧制工艺设计

控制控冷工艺通过对轧制过程中各项工艺制度参数的控制，使得相变后晶粒尺寸更加细小，组织更加均匀。微合金化技术使得控制控冷所需要的温度区间得到改善，同时控轧控冷也促进了微合金元素在改善组织转变过程中所发挥的作用。

控轧控冷新工艺的发展使得通过在热轧过程中控制钢的内部组织进而改善钢材的性能成为可能。这与奥氏体的再结晶规律有密切关系，对轧制过程中奥氏体再结晶过程影响最大的因素是轧制变形温度、变形量，影响最小的是变形速率。

图1显示了轧制温度对变形奥氏体的影响规律。可以看出，在奥氏体再结晶温度区间进行轧制，发生了奥氏体动态及静态再结晶过程，此时细化奥氏体的作用较弱；在奥氏体未再结晶温度区间轧制时，变形后的奥氏体更加细小均匀，奥氏体晶粒内部的缺陷为铁素体的形核提供位置，促进了轧制后铁素体相变的发生，细化了铁素体晶粒。

图1　温度对奥氏体组织的影响

图2　变形温度和变形量对再结晶影响

图2是变形温度和压下率对再结晶行为及晶粒度影响的区域图。由图可知，成分一定时，提高轧制温度，更加有利奥氏体再结晶过程的发生，阻碍了相变后铁素体晶粒的细化，同时随着压下量的降低，这种现象更加明显。增加压下量虽然有利于形变诱导相变的发生，但是当压下量增加到一定程度，也会使得奥氏体发生再结晶，而如果在900℃～1000℃时下轧制时，发生这种现象的压下率要远大于生产实际中的压下率。因此，在实际生产的控轧工艺中，选择低温、大压下控制手段。

在钢中加入Nb、V、Ti等微合金元素，使得钢的奥氏体未再结晶区温度提高，同时扩大了未再结晶区的温度区间，这更加有利于控制轧制技术应用，同时由于微合金元素的细晶强化、析出强化等作用，也促进随后冷却过程中得到更多较细小的组织。

通过对轧制工艺的优化控制，获得具有低温高韧性的高强钢，其组织主要以针状铁素体、贝氏体为主，具体的控轧控冷工艺见表2。

表2　控轧控冷工艺过程温度　℃

2　试验结果与分析

2.1力学性能

S355ML产品力学性能要求如表3所示。生产过程中对355批次进行力学性能检验，内容包括下屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击韧性。表3和图3分别为实物的各项力学性能统计情况和工序能力分析。

表3　S355ML的力学性能统计

2.2冲击韧性

在H型钢翼缘纵向取样进行低温系列冲击试验(试验温度为-70℃、-60℃、-50℃、-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃)，根据各个温度对应的冲击韧性值做出温度与冲击韧性关系的曲线，如下图4所示。从图中可以看出S355ML产品具有良好的低温韧性。

图3　S355ML H型钢力学性能工序能力分析

图4　S355ML H型钢温度对冲击韧性的影响

3　结语

采用新型H型钢热机械轧制TMCP工艺技术与Nb、V、Ti等微合金化技术相结合，开发出满足-50℃低温韧性要求的热轧H型钢系列产品。马钢生产的S355ML热轧H型钢产品具有良好低温韧性。

参 考 文 献

[1]刘建,李月丽. 谈微合金化钢的控轧控冷技术[J].江西冶金,2010，5

[2]王国栋. 以超快速冷却为核心的新一代TMCP技术[J].上海金属,2008，2

收稿日期：2016-01-28

作者简介：彦井成(1981-),男，马钢股份公司技术中心，工程师。

中图分类号：TG142.74

文献标识码：A

文章编号：1672-9994(2016)01-0004-03

Development of Hot Rolled High low Temperature Toughness H beam Section Products

YAN Jing-cheng,WU Bao-qiao etc.

Abstract：hrough years of continuous efforts of Ma’anshan Iron and steel Co.，Ltd., successfully developed the technology of hot rolled H beam section meeting performance requirements of the impact at -50℃,which owed the hot rolled H beam section good low-temperature impact toughness at -50℃ or below.

Key words：low-temperature;high toughness;H beam section