卷板Q355NHB 冲击问题研究

和珍宝，王中山

（河北普阳钢铁有限公司，河北 普阳 056305）

0 引言

耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列。耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，是普碳钢耐腐性的2～8 倍。同时，它还具有耐锈性，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗、省工节能等特点。耐候钢主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。与普碳钢相比，耐候钢在大气中具有更优良的抗腐蚀性能。与不锈钢相比，耐候钢只有微量的合金元素，合金元素总量仅占百分之几，而不像不锈钢那样，达到百分之十几，因此价格较为低廉。

河北普阳钢铁有限公司（以下简称普阳）于2018年6 月开始开发生产耐候钢，产品涉及中厚板和卷板，牌号覆盖了Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q415NH、Q355GNH 等GB/T 4171—2008 标准牌号，质量等级包括B/C/D/E 等全部级别。同时这几年也陆续开发生产了铁标TB/T 1979—2014、美标ASTM A588/A588M等标准牌号钢种。

近几年来，普阳耐候钢生产量逐步攀升，产品质量也十分稳定。其中卷板生产的Q355NHB 很多用于了制作管道，尤其是工厂煤气管道。但随着生产条件的变化，近期卷板Q355NHB 16 mm 规格在生产过程中遇到了冲击值低的问题，影响了产品交货。

1 卷板Q355NHB 生产现状

普阳卷板Q355NHB 生产工艺流程：铁水→转炉→LF 精炼→连铸→铸坯检验→加热→除鳞→粗轧→精轧→冷却→卷曲→取样及表面检查→入库。铸坯为230 mm×1 010 mm 双流连铸机生产。热卷厂为1 250 mm 轧机。其成分设计为低碳高锰，采用Ti 元素强化。

钢中加入Nb、V、Ti 等微合金元素，在控制轧制和控制冷却过程中形成碳化物和氮化物，能够有效提高钢材的强度，改善其韧塑性及焊接性能[1]。而在Nb、V、Ti 三种常用的微合金元素中，Ti 合金化成本最低，对降低生产成本具有明显的优势[2-3]。Ti 在铁素体区析出纳米级TiC 第二相粒子可以阻止位错运动从而提高屈服强度[4]，并且进一步达到固碳目的。Ti 的细晶强化和沉淀强化效果能显著提高钢的综合力学性能。Ti 元素易在钢中生成弥散分布的稳定析出相，可大幅度提高钢的强度。Cu、Cr、Ni 元素的加入可有效提高钢的耐大气腐蚀性能，低C、S 和P 可保证良好的韧性、焊接性能、成形性能，同时有利于改善耐腐蚀性。成分体系见下表1。

表1 板坯的化学成分 %

在近期生产过程中，Q355NHB 部分批次出现了冲击值偏低甚至不合格的情况，且集中在16 mm 厚度规格，严重影响了产品正常交货。部分性能如表2 所示。

表2 部分批次性能

2 卷板Q355NHB 问题分析

查询该批次生产工艺，并与之前对比。并对冲击不合冲击样进行金相及气体分析，金相结果如表3 所示、图1 所示和图2 所示。

图1 基体组织

图2 一侧边部组织

表3 金相分析结果

气体分析结果如表4 所示。

表4 气体分析结果

由金相及气体分析结果可知，其夹杂物评级和气体含量不高。夹杂物和气体含量不是造成该批次冲击功低的原因。其金相基体组织晶粒偏大，且晶粒不均匀。同时期生产的13.5 mm 厚度及以下较薄规格冲击值普遍较高，也未出现有冲击偏低的问题。轧制厚度不同，压缩比不同，晶粒度细化程度不一，这是其中原因之一。对比此次和以往冷却工艺，该批次层流水水温为22 ℃，较平时轧制时水温明显偏低，同时卷曲温度也偏低。冷却水水温低，冷却速率大，造成屈服和抗拉强度高，韧性降低，这也是原因之一。

3 改进措施及效果

通过以上分析，为提高冲击，再轧制时采取了以下优化改进措施：

1）降低了精轧轧制温度。精轧开轧温度由1 050 ℃降为1 020 ℃。

2）增加中间批开坯厚度。16 mm 规格中间坯厚度由之前40 mm 提高至42 mm。

3）提高层流水水温。层流水水温保持在29 ℃。返红温度提高至700 ℃。

采取上述改进措施再生产后，轧后性能明显得到优化。冲击值明显提高，并且得到稳定。优化工艺后性能如表5 所示。

表5 工艺优化后轧后力学性能

4 结语

层流水水温偏低，冷却速率大，钢强度偏高。钢板厚度偏厚，晶粒较大。是造成此次批量冲击偏低的主要原因。通过提高层流水水温，降低冷却速率，明显降低了屈服和抗拉强度。通过提高中间坯厚度，提高压下率，降低精轧轧制温度，使晶粒进一步得到细化，明显提高了钢的塑韧性。工艺优化改进后，冲击得到明显提高并稳定，实现了顺利交货。