Q460C低合金高强度热轧槽钢生产实践

魏书斌　范银平

(安阳钢铁股份有限公司)



Q460C低合金高强度热轧槽钢生产实践

魏书斌范银平

(安阳钢铁股份有限公司)

为满足市场需求，根据国标及用户技术要求，安钢采用Nb+V复合微合金化工艺，通过合理控制化学成分范围及生产工艺参数，最终成功研制开发出了低合金高强度Q460C热轧槽钢。生产结果表明：生产的Q460C低合金高强度热轧槽钢，化学成分稳定，综合力学性能、焊接性能良好，产品完全满足国标及用户使用要求。

低合金高强度Q460C槽钢生产实践

0　引言

Q460C低合金高强度热轧槽钢主要用于工程、桥梁结构及钢桥“贝雷片”等。钢桥“贝雷片”是钢结构桥梁中主要的支架，其产品质量的好坏直接影响着桥梁的寿命和安全性。为了满足用户需求，同时，也借此使公司型钢产品向高强度级别转型，提高公司经济效益，增强型材产线创效能力，安钢在公司400型材机组成功的研发出Q460C热轧槽钢，其力学性能综合合格率达到100%。产品经用户使用，各项性能指标完全满足国标要求，并制作成钢桥“贝雷片”出口到南美洲。

1　生产工艺路线确定

根据产品标准的技术要求，结合公司生产工艺装备条件选择生产Q460C低合金高强度热轧槽钢工艺路线为：第一炼轧厂100 t转炉→100 tLF精炼炉→120 mm×120 mm 方坯连铸→第一轧钢厂400型材机组。

2　成分设计

Q460C为低合金高强度结构钢，在设计成分时考虑到强度与韧性的配比、可焊性等要求，又要兼顾生产制造成本，尽量实现产品吨钢利润的最大化[1]。故成分设计时考虑在基本元素的基础上，通过合金元素的加入，依靠其强化机制来提高强度。其强化机制是微合金化元素Nb、V与钢中的碳、氮原子形成高熔点、高硬度的碳化物和氮化物，一方面沉淀在奥氏体晶界上，加热时不容易融入奥氏体，可阻止奥氏体晶粒长大，形成细晶强化；另一方面，这些碳化物和氮化物质点也可以在奥氏体转变成铁素体过程中以及转变之后析出，在铁的晶格中阻碍位错运动，形成沉淀强化。Nb、V作为形成碳化物和氮化物的强化元素，在钢中主要以碳化物、氮化物或碳氮化物以及固溶钒的形式存在，其强韧化机理主要是靠细晶强化、沉淀强化和固溶强化来实现。 对于P、 S这两种有害元素，在冶炼成本最小的前提下，使得P、 S这两种有害元素越低越理想，以降低对钢的负面影响[2]。

依据Nb、V的微合金化原理，Q460C低合金高强度热轧槽钢在原Q345B热轧槽钢成分基础上，加入适量的Nb、V元素，使其不仅具有460 MPa级以上的强度，而且还确保其冲击韧性。化学成分见表1。

表1　Q460C低合金高强度热轧槽钢成分设计 　 /%

注：1.化学成分允许偏差执行GB/T 222-2006的规定；2.CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；3.钒采用钒氮微合金化。

3　生产工艺控制

3.1炼钢工艺控制

为满足冲击性能及工艺性能的要求，良好的钢水纯净度尤为关键，冶炼过程中，首先要求全程化好渣，控制中后期炉渣返干，保证终点钢水P、S含量达到要求；同时，采用二次挡渣，出钢严禁炉口和出钢口下渣，尽量减少出钢回磷；采用硅锰进行脱氧合金化。

3.2LF精炼工艺控制

精炼过程中吹氩搅拌强度以钢水液面不裸露、电弧稳定为原则。LF精炼炉精炼时间不小于35 min，白渣保持时间不低于15 min。在硅控制目标范围内，出钢喂Ca-Si线200 m～300 m；喂线后软搅拌，软搅拌时间不低于8 min。

3.3连铸工艺控制

为防止钢流二次氧化，连铸采取全保护浇注，结晶器采用中碳保护渣；同时，为保证铸坯质量，浇注过程拉速控制在3.1 m/min～3.25 m/min，保证结晶器液面稳定，中包钢水过热度控制在15 ℃～40 ℃，保证良好的铸坯内部质量。

3.4轧制工艺控制

3.4.1加热温度控制

铌、钒微合金化钢只有先期实现有效的固溶，随后才能保证在轧制变形和轧后冷却过程中更多的析出。因此，加热温度选择是否合理，直接影响到钢的原始奥氏体晶粒尺寸和所加入微合金元素的固溶，进而对随后轧制过程中的奥氏体再结晶晶粒尺寸及碳氮化物的析出状态和数量产生影响[3]。最终将影响到高强结构钢的综合性能，因此，Q460C低合金高强度热轧槽钢铸坯加热制度的合理控制是决定轧材性能合格与否的关键。生产实际加热段温度控制为1150 ℃～1300 ℃，均热段温度为1180 ℃～1250 ℃。

3.4.2轧制工艺控制

在热轧条件下，为降低轧材终轧温度，使其微合金元素Nb、V通过形成碳化物、氮化物质点阻止奥氏体晶粒长大，并延迟奥氏体的再结晶，保持形变效果从而细化铁素体晶粒，提高其钢材的强、韧性[4]。实际轧制过程，控制开轧温度在1100 ℃～1180 ℃，同时，采取中间控温，即轧件在粗轧二架500轧机后的辊道上停留1 min，温度降至为980 ℃～1000 ℃时，再进入第一架400轧机。最终槽钢腰部终轧温度保持在880 ℃～950 ℃。

4　产品实物水平

4.1化学成分控制

Q460C低合金高强度热轧槽钢化学成分实际控制水平见表2。

4.2力学性能检验

Q460C低合金高强度热轧槽钢的力学性能和工艺性能检验结果见表3。

表2　Q460C槽钢化学成分控制水平 　 %

注：钢中残余元素Cr 、Ni、Cu≤0.30%。

表3　Q460C槽钢力学性能和工艺性能

注： 1.拉伸、弯曲试样均为纵向试验；2.表中钢材冲击试样在槽钢腿部1/3处制取，试样尺寸为10 mm×5 mm×55 mm。

从表2、3实物检测水平结果可以看出：Q460C低合金高强度热轧槽钢化学成分控制稳定，各规格力学及工艺性能检验值完全满足国标GB/T1591技术要求。

4.3金相组织

对Q460C低合金高强度热轧槽钢轧材进行金相组织分析：其组织为F+P，晶粒度平均为9～9.5级。轧材晶粒较细，组织均匀，达到了Nb、V复合微合金化预期效果。其金相组织如图1、图2所示。

图1　Q460C 边部 晶粒度9.5级

图2　Q460C 中心 晶粒度9级

4.4非金属夹杂物

对规格为[100×48×5.3Q460C低合金高强度热轧槽钢进行内部非金属夹杂物的检测，其钢中硫化物、硅酸盐类夹杂平均为0.5～1级，带状组织1级。由此结果表明Q460C低合金高强度热轧槽钢生产过程中，钢水洁净度较好，过程控制稳定，为确保产品高强、高韧性指标提供了有力的保障。

5　结论

1) 生产实践表明：安钢在现有工艺装备条件下，成功开发Q460C低合金高强度热轧槽钢，其工艺路线选择合理，化学成分、轧制参数控制稳定，各项经济技术指标良好。

2)在普通C-Mn低合金结构钢基础上，采用Nb、V复合微合金化生产工艺，通过Nb(C，N)、V (C，N)的析出，细化铁素体晶粒，充分发挥了析出强化和细晶强化的作用，使得生产的Q460C低合金高强度热轧槽钢组织均匀、钢的焊接及强韧性匹配良好，完全满足国内高强结构工程用型钢的要求 。

[1]安晖,刘守显. 浅析Q460C钢中厚板力学性能偏低的原因[J].河北冶金.2014，228(12):54-56.

[2]杨清山，刘宝超，孔磊，等.Q460C圆钢的研制与开发[J].天津冶金.2014， (4):20-26.

[3]范银平，何晓波，张全刚，等.高强度热轧船用角钢的研制与开发[J].河南冶金.2010，18(6):12-17.

[4]许海平，张玉柱，张志杰.高强度船板钢A36的化学成分设计和控制轧制工艺分析[J].河北冶金,2006，156(6):42-43.

PRODUCTION PRACTICE OF Q460C HIGH STRENGTH LOW ALLOY HOT ROLLED STEEL CHANNEL

Wei shubinFan yinping

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd.)

In order to meet market demand, according to the national standard and user technical requirements, the high strength low alloy Q460C hot rolled steel channel is finally successfully developed in Anyang Steel by adopting Nb + V compound micro alloying process with reasonable control scope of chemical composition and production process parameters. Production results show that the Q460C high strength low alloy hot rolled steel channel produced by Anyang Steel have stable chemical composition, the comprehensive mechanical properties and good welding performance, fully meet the national standard and the requirement of users.

high strength low alloyQ460Cchannelproduction practice

2015-12-15

联系人：范银萍，教授级高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司技术中心；