黃泉開， 賈志雷

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063100）

隨著國家加大對(duì)基礎(chǔ)交通運(yùn)輸行業(yè)的投入，尤其是在鐵路橋方面，國家在《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中提出，到2020 年全國鐵路運(yùn)營里程達(dá)到10 萬km，規(guī)劃中四縱四橫鐵路橋項(xiàng)目建設(shè)約5 000 km，估算鐵路橋梁板約為30 萬t/a。鐵路橋通常采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌性、焊接、屈強(qiáng)比、Z 向提出了較高要求，特別是對(duì)低溫沖擊韌性的要求。

國家橋梁行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出：鐵路橋用鋼-40 ℃低溫沖擊功≥120 J，需適應(yīng)高鐵大跨、重載、高速、安全要求。目前從冶煉、連鑄到軋制工藝對(duì)鐵路橋用鋼Q345qE 進(jìn)行系統(tǒng)研究，影響鐵路橋梁鋼沖擊性能的主要原因：一是鋼水純凈度，主要表現(xiàn)為A 類夾雜物和氣體含量控制，A 類夾雜物指的是硫化物類；二是軋制工藝參數(shù)，控制軋制工藝直接影響鋼板組織性能。因此，通過控制有害元素S 含量，優(yōu)化軋制工藝，從而細(xì)化晶粒改善沖擊韌性，提高鋼板強(qiáng)韌性。按照鐵路橋標(biāo)準(zhǔn)-40 ℃沖擊功大于120 J 技術(shù)要求，如果按照一般的成分和工藝條件下，-40 ℃沖擊功合格率不足60%較低，這樣生產(chǎn)成本較高，在滿足高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上合理控制成本，形成低成本生產(chǎn)工藝為發(fā)展方向。

因此，控軋控冷工藝技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用逐漸提高，鐵路橋梁鋼材更是可以熱軋?zhí)娲鸾回?，成為橋梁行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，降低造橋成本。為此順應(yīng)橋梁行業(yè)發(fā)展要求，積極進(jìn)行熱軋120 J 以上低溫沖擊功鐵路橋梁鋼工藝研究，開發(fā)熱軋交貨鐵路用橋梁鋼對(duì)提高企業(yè)效益，提升產(chǎn)品實(shí)物水平，擴(kuò)大市場占有率，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力具有重大意義。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)

1.1 技術(shù)要求

2015 年新版國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 714—2015《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》要求：Q345qE 鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能及工藝性能要求如表1、表2。

表1 Q345qE 化學(xué)成分要求

表2 Q345qE 力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)

1.2 客戶要求

產(chǎn)品后續(xù)加工工藝流程為：熱卷-縱剪分條-輥壓成型-焊接組裝。最終產(chǎn)品如圖1。

圖1 最終產(chǎn)品

客戶依據(jù)產(chǎn)品最終用途，提出產(chǎn)品性能滿足GB/T 714—2015 標(biāo)準(zhǔn)，保證板形。

1.3 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

根據(jù)GB/T 714—2015《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Q345qE 鋼的成分要求，考慮到C 元素對(duì)韌性及焊接性能、Si 元素對(duì)表面質(zhì)量、Mn 元素對(duì)連鑄坯偏析的不利影響，設(shè)計(jì)思路如下：

1）采用低碳中錳成分體系，降低CEV；鈮鈦復(fù)合析出強(qiáng)化；目標(biāo)組織F+P+B（少量），保證沖擊功。

2）采用低硫磷設(shè)計(jì)，保證 m（Mn）/m（Si）≥3.5，Pcm≤0.20，降低焊縫夾雜物裂紋敏感指數(shù)，保證焊接質(zhì)量。具體化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表3。

表3 設(shè)計(jì)化學(xué)成分

2 冶煉工藝流程與控制

2.1 煉鋼工序

設(shè)計(jì)考慮采取雙聯(lián)工藝路線：（鐵水預(yù)處理）→轉(zhuǎn)爐→LF→RH→連鑄。減少鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，加強(qiáng)脫氧、脫硫過程控制。在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中控制終點(diǎn)C 含量，降低鋼中氧位，并嚴(yán)控下渣量；在LF爐精煉過程中，快速充分脫硫，保證軟吹時(shí)間，使鋼中夾雜物充分上??；在RH 爐精煉過程中，嚴(yán)格控制真空脫氣時(shí)間，確保 ρ（H）≤2×10-6；將連鑄坯中心偏析控制在C0.5 以下。

2.2 熱軋工序

為保證沖擊功滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)精軋溫度1 040～1 090 ℃、終軋溫度 870～920 ℃卷取溫度 620～670 ℃，充分利用快速層流冷卻、以達(dá)到低細(xì)化晶粒，控制組織為鐵素體+少量貝氏體。

3 生產(chǎn)實(shí)踐及產(chǎn)品特性

2 月份，組織生產(chǎn)Q345qE 的生產(chǎn)，煉鋼、軋鋼成品合格率雙雙達(dá)到100%。產(chǎn)品成分控制達(dá)到設(shè)計(jì)要求、金相組織均勻、性能滿足客戶要求。

3.1 典型成分及性能控制

產(chǎn)品熔煉成分及性能檢測(cè)結(jié)果如表4，表5。

表4 典型成分 %

表5 部分產(chǎn)品性能

由檢測(cè)結(jié)果可見，唐山不銹鋼實(shí)物產(chǎn)品成分控制穩(wěn)定；性能優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)且有較大富裕量；產(chǎn)品沖擊韌性良好，-40 ℃沖擊功均值270 J，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 金相組織及夾雜物檢測(cè)

通過對(duì)產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行組織觀察和分析，確定其組織主要由鐵素體+珠光體+少量貝氏體，晶粒度12 級(jí)；顯微鏡分析鋼板的夾雜物情況表明，鋼板純凈度較好，沒有發(fā)現(xiàn)異常夾雜物，如圖2。

圖2 金相及夾雜物檢測(cè)

4 終端用戶生產(chǎn)情況

終端用戶加工流程：熱卷-縱剪分條-輥壓成型-成品U 肋?？蛻舳啻螌?duì)提供的產(chǎn)品表達(dá)了充分的認(rèn)可，厚度、板形、力學(xué)性能等均滿足使用要求?？蛻舳耸褂眯Ч鐖D3，圖4。

圖3 開卷板形良好

圖4 成品U 肋

5 結(jié)論

合理的成分設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝各個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制是保證產(chǎn)品強(qiáng)度、韌性的關(guān)鍵。鋼水的高純凈度是提高韌性的重要保證。

唐山不銹鋼公司通過合理設(shè)計(jì)，采用低碳中錳成分體系，低硫磷設(shè)計(jì)，Nb、Ti 復(fù)合強(qiáng)化；低終軋溫度及低卷曲溫度，細(xì)化晶粒，生產(chǎn)的Q345qE 鋼板低碳、微合金成分設(shè)計(jì)從成分源頭保證了成品的性能。生產(chǎn)的產(chǎn)品板形優(yōu)異、性能均勻，完全滿足客戶要求，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。