彥井成，吳保橋，龔慶華，夏　勐，邢　軍，黃　琦

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司　馬鞍山　243000)

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低溫高韌性熱軋H型鋼產(chǎn)品開發(fā)

彥井成，吳保橋，龔慶華，夏勐，邢軍，黃琦

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司馬鞍山243000)

摘要：通過馬鋼多年來的持續(xù)努力，成功開發(fā)出滿足-50℃沖擊性能要求的熱軋H型鋼生產(chǎn)技術(shù)，使H型鋼能夠在-50℃及以下低溫環(huán)境下具有良好的抗低溫沖擊韌性。

關(guān)鍵詞：低溫；高韌性；H型鋼

近年來，能源的開采從環(huán)境條件適宜區(qū)域向氣候惡劣的北極區(qū)域轉(zhuǎn)移，由于北極地區(qū)是氣候條件惡劣的高寒地區(qū)，使得在北極等高寒地區(qū)建造或使用的油氣開采裝置必須具有高的耐低溫特性，使用的鋼鐵結(jié)構(gòu)材料必須在-50℃以下的嚴寒條件下，具有優(yōu)異的低溫沖擊韌性要求。而按照一般H型鋼生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)出的H型鋼，其韌韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-10℃左右，如用于高寒地區(qū)和低溫環(huán)境，則在承受動載或沖擊時，容易出現(xiàn)脆斷，造成不必要的損失，用于及以下環(huán)境的H型鋼，其低溫沖擊功須大于27J；而以異型坯為原料，采用鐵水預(yù)處理、低溫大壓下和軋后控冷等措施生產(chǎn)的熱軋H型鋼，-50℃低溫韌性等可滿足-50℃沖擊性能要求。同時，采用H型鋼替代焊接H型鋼可以減少焊接工序，提高了工程進度、材料利用率和安全性。

1　化學(xué)成分及軋制工藝設(shè)計

1.1生產(chǎn)工藝流程

鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→吹氬→LF爐→異型坯全保護澆鑄→鑄坯表面清理→步進式加熱爐加熱→高壓水除磷→BD機開坯→萬能軋機粗軋→矯直→取樣→表面檢查→性能檢驗→發(fā)貨。

1.2化學(xué)成分設(shè)計

微合金化技術(shù)是上世紀七十年代以來較為先進的新型鋼鐵冶金技術(shù)，通過在鋼中添加微合金元素，配合以控制軋制技術(shù)，使得鋼的各項性能得到提高。微合金化技術(shù)的利用在提高鋼材的強度同時，也使得鋼材的低溫韌性得到了明顯改善。

從合金元素的有效性、合金元素的交互作用、合金元素的成本、材料的焊接性以及馬鋼的生產(chǎn)裝備水平等方面，進行成分設(shè)計研究，確定了適應(yīng)馬鋼生產(chǎn)實際的355MPa級低溫高韌性熱軋H型鋼的冶煉內(nèi)控成分見表1。

表1　S355ML牌號的化學(xué)成分(熔煉成分，wt%)

1.3軋制工藝設(shè)計

控制控冷工藝通過對軋制過程中各項工藝制度參數(shù)的控制，使得相變后晶粒尺寸更加細小，組織更加均勻。微合金化技術(shù)使得控制控冷所需要的溫度區(qū)間得到改善，同時控軋控冷也促進了微合金元素在改善組織轉(zhuǎn)變過程中所發(fā)揮的作用。

控軋控冷新工藝的發(fā)展使得通過在熱軋過程中控制鋼的內(nèi)部組織進而改善鋼材的性能成為可能。這與奧氏體的再結(jié)晶規(guī)律有密切關(guān)系，對軋制過程中奧氏體再結(jié)晶過程影響最大的因素是軋制變形溫度、變形量，影響最小的是變形速率。

圖1顯示了軋制溫度對變形奧氏體的影響規(guī)律?？梢钥闯觯趭W氏體再結(jié)晶溫度區(qū)間進行軋制，發(fā)生了奧氏體動態(tài)及靜態(tài)再結(jié)晶過程，此時細化奧氏體的作用較弱；在奧氏體未再結(jié)晶溫度區(qū)間軋制時，變形后的奧氏體更加細小均勻，奧氏體晶粒內(nèi)部的缺陷為鐵素體的形核提供位置，促進了軋制后鐵素體相變的發(fā)生，細化了鐵素體晶粒。

圖1　溫度對奧氏體組織的影響

圖2　變形溫度和變形量對再結(jié)晶影響

圖2是變形溫度和壓下率對再結(jié)晶行為及晶粒度影響的區(qū)域圖。由圖可知，成分一定時，提高軋制溫度，更加有利奧氏體再結(jié)晶過程的發(fā)生，阻礙了相變后鐵素體晶粒的細化，同時隨著壓下量的降低，這種現(xiàn)象更加明顯。增加壓下量雖然有利于形變誘導(dǎo)相變的發(fā)生，但是當(dāng)壓下量增加到一定程度，也會使得奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，而如果在900℃～1000℃時下軋制時，發(fā)生這種現(xiàn)象的壓下率要遠大于生產(chǎn)實際中的壓下率。因此，在實際生產(chǎn)的控軋工藝中，選擇低溫、大壓下控制手段。

在鋼中加入Nb、V、Ti等微合金元素，使得鋼的奧氏體未再結(jié)晶區(qū)溫度提高，同時擴大了未再結(jié)晶區(qū)的溫度區(qū)間，這更加有利于控制軋制技術(shù)應(yīng)用，同時由于微合金元素的細晶強化、析出強化等作用，也促進隨后冷卻過程中得到更多較細小的組織。

通過對軋制工藝的優(yōu)化控制，獲得具有低溫高韌性的高強鋼，其組織主要以針狀鐵素體、貝氏體為主，具體的控軋控冷工藝見表2。

表2　控軋控冷工藝過程溫度　℃

2　試驗結(jié)果與分析

2.1力學(xué)性能

S355ML產(chǎn)品力學(xué)性能要求如表3所示。生產(chǎn)過程中對355批次進行力學(xué)性能檢驗，內(nèi)容包括下屈服強度、抗拉強度、伸長率、沖擊韌性。表3和圖3分別為實物的各項力學(xué)性能統(tǒng)計情況和工序能力分析。

表3　S355ML的力學(xué)性能統(tǒng)計

2.2沖擊韌性

在H型鋼翼緣縱向取樣進行低溫系列沖擊試驗(試驗溫度為-70℃、-60℃、-50℃、-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃)，根據(jù)各個溫度對應(yīng)的沖擊韌性值做出溫度與沖擊韌性關(guān)系的曲線，如下圖4所示。從圖中可以看出S355ML產(chǎn)品具有良好的低溫韌性。

圖3　S355ML H型鋼力學(xué)性能工序能力分析

圖4　S355ML H型鋼溫度對沖擊韌性的影響

3　結(jié)語

采用新型H型鋼熱機械軋制TMCP工藝技術(shù)與Nb、V、Ti等微合金化技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出滿足-50℃低溫韌性要求的熱軋H型鋼系列產(chǎn)品。馬鋼生產(chǎn)的S355ML熱軋H型鋼產(chǎn)品具有良好低溫韌性。

參 考 文 獻

[1]劉建,李月麗. 談微合金化鋼的控軋控冷技術(shù)[J].江西冶金,2010，5

[2]王國棟. 以超快速冷卻為核心的新一代TMCP技術(shù)[J].上海金屬,2008，2

收稿日期：2016-01-28

作者簡介：彥井成(1981-),男，馬鋼股份公司技術(shù)中心，工程師。

中圖分類號：TG142.74

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：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