Q345E厚规格钢板的生产工艺研究

王佩鑫

（天津钢铁集团有限公司，天津300301）

0 引言

目前中厚板市场产能过剩，但厚板需求却难以满足，用量相对较大且附加值较高。天钢中厚板厂为了进一步提升市场竞争力，提升钢板质量，在现有设备条件下，选用250 mm厚的板坯进行轧制生产，通过优化成分，设计炼钢、连铸和轧制工艺以及轧机潜能释放，采用高温低速大压下的工艺路线，实现了80 mm厚规格Q345E钢板的轧制生产。

1 成分设计

厚规格Q345E钢板的工艺性能与成分控制息息相关，化学成分设计如表1所示。通过在钢中加入适量的Nb和V，以实现细化晶粒、析出强化的目的。Nb在加热过程中固溶于奥氏体中，可延缓奥氏体再结晶，起到细化晶粒的作用。由于Nb在高温过程几乎不析出，因此，钢中加入的Nb在加速冷却后，奥氏体向铁素体转变过程中起到沉淀强化的作用。V在900℃左右以V（CN）第二相形式析出，起到第二相强化的作用，同时能有效阻止晶粒的长大，改善钢的强韧性和延伸率。

表1 生产用Q345E钢的化学成分 /%

2 工艺设计

2.1 冶炼工艺控制

冶炼过程中，转炉加强终点出钢操作，保证温度与成分双命中，严格控制P的含量，LF精炼采取白渣操作，加强底吹搅拌，降低钢中自由氧，进一步降低S含量，保证钢水的纯净度，以确保Q345E的强度与冲击韧性符合国家标准的要求。

2.2 连铸工艺控制

采用250 mm断面的连铸坯轧制生产80 mm厚钢板。铸坯的质量直接影响钢板厚度方向性能，因此在连铸过程中，采用了多种措施以提高用于轧制厚板的铸坯。研究表明[1]，连铸过程采用动态轻压下技术，可以明显改善铸坯的中心偏析，将铸坯的中心偏析和中心疏松的级别控制在一个良好水平。因此，为了改善铸坯的内部质量，连铸机采用动态轻压下技术，以减轻或消除铸坯中心偏析和疏松。为了防止或减轻铸坯凝固过程中柱状晶搭桥，扩大等轴晶区，进一步减轻铸坯中心的偏析程度，生产过程中也采用了电磁搅拌技术。同时，为了保证铸坯的表面质量，应确保拉速稳定。

2.3 轧制工艺控制

轧制厚规格钢板时，由于轧制的总压缩比小、心部变形量较薄规格钢板小，中心疏松与偏析缺陷难以消除，因此在轧制过程中应注重增加对心部变形的渗透，采用高温低速大压下的工艺制度，通过增加钢板的心部变形量，提高钢板的中心质量，进而保证钢板心部力学性能良好和探伤合格。因此，对加热制度、轧制温度和压下规程分别进行以下优化。

2.3.1 加热制度

选用250 mm厚的板坯轧制生产80 mm厚规格钢板，加热温度的控制非常重要。为保证加热温度的均匀性及铸坯心部高温度的需求，连铸坯采用热送热装入炉，同时铸坯在加热炉采用高温加热，加热时间控制在4.0～4.5h，以确保板坯上下表面和板坯内外温度的均匀性。研究表明[2]，加热温度对含Nb钢的强度影响非常敏感。Nb的固溶温度比较高，只有在较高的加热温度下，才能实现Nb元素的有效固溶，但加热温度过高，原始奥氏体晶粒会急剧长大，因此实际加热温度不能过高。综合考虑上述因素，加热温度控制在1 200～1 280℃，均热阶段温度控制在1 200～1 250℃。具体加热温度制度如表2所示。

2.3.2 轧制温度

轧制过程中确保精轧开轧温度控制在890～930℃，终轧温度在900℃以下。加热过程与轧制过程的温度按照表3要求严格控制。

2.3.3 轧制规程

对于厚规格钢板而言，钢板心部质量的控制最为关键。为了保证钢板厚度中心的质量与性能，应有效提高中心渗透变形率。研究表明[3]，随着形状比的增加，钢板中心渗透变形率增大，厚板生产过程中应依据生产条件尽量提高单道次轧制形状比。因此，对轧制规程进行优化，增加道次压下量，降低轧制速度，以保证精轧轧制温度和钢板心部变形渗透。粗轧最大道次压下量达到35 mm，最小轧制速度为1.2 m/s，同时，精轧末道次压下量不超过15%，最大轧制速度不超过2 m/s，以防止钢板出现头部下扣和浪形等问题。

2.3.4 冷却制度

厚板经连续轧制，终轧后温度较高，晶粒容易长大。研究表明[4]，厚板终轧后采用加速冷却，可以使钢中铁素体晶粒明显细化。因此，本次试验生产终轧后立即采用加速冷却，通过充分利用现有的ACC设备，合理控制冷却制度，细化晶粒，改善晶粒组织，从而有效提高钢的强度和韧性，确保延伸率。控制入层流冷却温度≥780℃，冷却速度为10～15℃/s，终冷温度控制在600～650℃，返红温度≤700℃。

3 生产结果

3.1 轧制情况

在天钢3500轧机生产线试验轧制了80 mm厚Q345E钢板，宽度为2 300 mm。采用粗精轧3/7进行轧制，粗轧前两道次为展宽道次，保证纵轧道次压下率不小于13%，精轧中间坯厚度200 mm，累积压下率60%。各段温度控制较为稳定，其中精轧开轧温度为930℃，轧制过程中温降较慢，平均终轧温度在890℃；终冷温度控制在670～690℃，符合预期要求，返红温度约40℃左右，属正常范围。

表2 Q345E加热温度制度

表3 厚规格钢板轧制温度制度

3.2 金相组织

抽取试样分析不同厚度位置的金相组织，以分析钢板厚度方向的性能。从图1中金相组织上可以看出，组织为均匀的铁素体和珠光体，厚度1/4处组织呈带状分布，但带状级别不高，晶粒较为细小、均匀。心部由于存在偏析，导致心部珠光体颗粒较粗且分布不均匀。由金相组织说明，此次轧制取得了一定的效果，组织整体晶粒度较细，带状组织控制较好，但心部仍有偏析造成的组织不均匀的情况。

图1 80 mm厚Q345E钢板的金相组织

3.3 力学性能

80 mm厚Q345E钢板的力学性能如表4所示。从表6可以看出，两种轧制工艺条件下钢板性能均能满足钢种的标准要求。

从钢板的性能可以看出，本次试制钢板的力学性能稳定，且均达到Q345E级标准要求，其中-20℃及-40℃冲击功均有较大富余量，Z向平均值在55%以上。

4 结论

生产结果表明：通过优化成分和轧制工艺，可以实现250 mm板坯生产80 mm厚规格Q345E钢板。采用Nb、V微合金化以及高温低速大压下工艺，能够明显改善80 mm厚规格Q345E钢板中心的组织，特别是钢板厚度中心位置的疏松缺陷得到了明显改善，轧制过程已基本消除了原始铸坯心部疏松所带来的缺陷。采用Nb、V微合金化以及高温低速大压下工艺生产的80 mm厚规格Q345E钢板能够满足强度要求，具有良好的冲击韧性和Z向性能，力学性能各项指标均满足标准规定。

表4 钢板的力学性能