Q355NHD耐候H型鋼生產(chǎn)實(shí)踐

韓北方，高紅星，秦延慶

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵公司質(zhì)量監(jiān)督站，山西長(zhǎng)治，046031）

Q355NHD耐候H型鋼生產(chǎn)實(shí)踐

韓北方，高紅星，秦延慶

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵公司質(zhì)量監(jiān)督站，山西長(zhǎng)治，046031）

基于耐候鋼生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)，詳細(xì)分析論述了首鋼長(zhǎng)治鋼鐵公司Q355NHD 耐候H型鋼的生產(chǎn)工序、加熱工序、軋制工序和檢測(cè)方法。檢測(cè)表明：成品鋼材表面無裂紋，化學(xué)成分、力學(xué)性能等指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)出優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，是一種具有廣闊前景的綠色鋼材。基于生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)上的改造，可推廣至其它耐候鋼生產(chǎn)過程。

H型鋼；耐侯鋼；裂紋；耐大氣腐蝕

引言

耐候鋼就是在鋼中加入磷、銅、鉻、鎳等微量元素，使鋼材表面形成致密和附著性很強(qiáng)的保護(hù)膜，阻礙銹蝕向內(nèi)擴(kuò)散和發(fā)展，保護(hù)銹層下面的基體，以減緩其腐蝕速度。可用于制造鐵道車輛、橋梁、塔架、集裝箱等鋼結(jié)構(gòu)的低合金結(jié)構(gòu)鋼。

在銹層和基體之間形成的非晶態(tài)尖晶石型氧化物層，不僅致密，而且與基體金屬黏附性好。由于這層致密氧化物膜的存在，阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入，減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發(fā)展，大大提高了鋼鐵材料的耐大氣腐蝕能力[1,2]。與采用涂層法防腐的鋼結(jié)構(gòu)相比，采用耐候鋼還能夠減少環(huán)境污染，是一種具有廣闊前景的綠色鋼材。

1 技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

因耐候鋼中含有0.20~0.50%的銅，而鋼中含銅量大于0.20%，故鋼坯表面易形成表面裂紋，加熱時(shí)易出現(xiàn)表面龜裂。添加銅元素后，克服異形坯表面裂紋及熱軋龜裂的產(chǎn)生則成為耐候H型鋼生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵問題[3-5]。解決措施擬定如下：

（1）調(diào)整成分：如向鋼中添加一定量的鎳（Ni:Cu=1:3~1:2），可使鋼表面的銅富集層變?yōu)槿埸c(diǎn)超過1 200℃的銅鎳富集層；

（2）采用LF鋼包精煉技術(shù)，提高鋼水純凈度、減少鋼水中的夾雜物；

（3）控制鋼坯的加熱、軋制工藝。采取弱還原性氣氛加熱；采取高溫、快燒、快軋的工藝軋制；采用高壓水除鱗技術(shù)；

（4）調(diào)整合適的連鑄工藝參數(shù)，減少坯裂紋產(chǎn)生。

2 生產(chǎn)工序

2.1 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程如下：

鐵水→80 t頂吹轉(zhuǎn)爐→LF爐→異形連鑄機(jī)（BB1異型坯430×300×85）→步進(jìn)式加熱爐→高壓水除鱗系統(tǒng)→兩輥可逆式開坯機(jī)→萬能軋機(jī)組→移動(dòng)式倍尺鋸→步進(jìn)式冷床→矯直機(jī)→編組臺(tái)架→移動(dòng)式定尺鋸→人工打包臺(tái)架。

2.2 冶煉工序操作控制

2.2.1 前期準(zhǔn)備

（1）鐵水條件：鐵水目標(biāo)值為硫≤0.025%，磷≤0.12%。廢鋼應(yīng)符合低硫要求；生鐵塊要求和鐵水相同。

（2）準(zhǔn)備冶煉：裝入量74±1 t。銅板、鎳板隨廢鋼一同裝入，試生產(chǎn)3爐，爐號(hào)分別為7735、7736、7737。

2.2.2 轉(zhuǎn)爐工藝

（1）終點(diǎn)控制：7735爐次終點(diǎn)碳成分0.10%（后吹26 s）；7736、7737爐次碳符合設(shè)定要求（0.06～0.08%）。

（2）脫氧合金化：一是使用硅、鈣、鋇和鋁粒脫氧，加入量按1.0~1.5 kg/t硅、鈣、鋇和5 kg/t鋁控制；二是采用Si-Mn配Mn，不足的Si用Si-Fe補(bǔ)齊，低碳Cr-Fe配Cr（參考吸收率Si：82%、Mn：92%、Cr：95%）。

2.2.3 LF爐精煉工序

（1）過程成分控制情況

過程成分控制情況如圖1所示。

圖1 過程成分控制情況

（2）過程定氧情況

在鋼水溫度為1 590℃時(shí)，進(jìn)站氧含量約為30 ppm，符合低合金氧含量特點(diǎn)。出站三爐鋼液的氧含量達(dá)到20 ppm以下，達(dá)到了鋼水脫氧控制要求。

（3）過程脫硫情況分析

同一爐的硫含量變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 LF爐鋼水硫變化趨勢(shì)

三爐鋼水的硫含量都有這種變化趨勢(shì)，說明精煉過程爐渣的脫氧程度均有反復(fù)，持續(xù)脫硫能力較弱。

2.2.4 連鑄工序控制

（1）連鑄結(jié)晶器冷卻水：內(nèi)外弧55~65 m3/h，南北弧45~55 m3/h，內(nèi)外弧、南北弧進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)盡可能保持一致；

（2）二冷水：二次冷卻的比水量為0.75 L/kg，調(diào)節(jié)系數(shù)為0.8，采用自動(dòng)配水。本次試生產(chǎn)中測(cè)量鑄坯溫度如下：鑄坯出扇形段溫度950℃，鑄坯在拉矯機(jī)前的溫度720℃，鑄坯在拉矯機(jī)后的溫度647℃。

（3）大包溫度及中包溫度：大包到中包的平均溫降為56℃，中包溫度變化相對(duì)較小，但平均過熱溫度達(dá)到44℃。

（4）連鑄坯：異形坯的截面尺寸430×300×85 mm3，鑄坯冷檢中發(fā)現(xiàn)，2支鑄坯內(nèi)外弧表面均有縱裂紋；鑄坯翼緣邊部有小塊夾渣缺陷。

3 加熱和軋制工序控制

3.1 加熱工序

3.1.1 駐爐時(shí)間

駐爐時(shí)間如表1所示。

表1 駐爐時(shí)間

3.1.2 加熱溫度

考慮到加熱爐爐體狀況和產(chǎn)品韌性需求，加熱溫度按方案下限進(jìn)行控制，第二加熱段溫度控制在1 150~1 200℃，均熱段溫度控制在1 250~1 350℃，鋼坯出爐溫度控制在1 250~1 290℃，爐內(nèi)為還原性氣氛。

3.2 軋制工序

（1）高壓水除磷壓力為16 MPa；高壓水流量為35 m3/h；

（2）開坯機(jī)：開軋溫度1 200℃左右，終軋溫度1 050℃左右；

（3）萬能軋機(jī)：開軋溫度1 100℃，終軋溫度890~950℃；

（4）軋制過程中開啟Ur-E-Uf過程翼緣優(yōu)先冷卻；

（5）軋制程序：開坯機(jī)采用7道次，萬能軋機(jī)采用5道次進(jìn)行軋制生產(chǎn)。

4 宏觀及微觀檢測(cè)

4.1 宏觀檢測(cè)

（1）鑄坯冷檢中發(fā)現(xiàn)7736爐有2支鑄坯內(nèi)外弧表面均有縱裂紋，經(jīng)軋制，成品材表面沒有檢測(cè)到裂紋。

（2）本次試制的H175×200的耐候H型鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均符合開發(fā)方案的要求?？估瓘?qiáng)度平均值為507.7 MPa、屈服強(qiáng)度平均值為409 MPa。對(duì)產(chǎn)品取樣分別檢測(cè)了常溫、－20℃和－40℃的橫向、縱向沖擊功。例如，3個(gè)批次－20℃縱向沖擊功平均值分別為120 J、158 J、116.3 J，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 微觀檢測(cè)

（1）異形連鑄坯低倍檢測(cè)結(jié)果表明，各種缺陷檢測(cè)項(xiàng)目都在2.0級(jí)以下，說明本次生產(chǎn)冶煉過程控制理想。

（2）本次試制對(duì)連鑄坯化學(xué)成分及成品材均做化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者均滿足設(shè)計(jì)要求，并未出現(xiàn)明顯的成分偏析現(xiàn)象，表明成分控制比較理想，各化學(xué)元素成分均勻。

（3）金相組織及非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 金相組織及非金屬夾雜物

產(chǎn)品微觀組織為鐵素體＋珠光體，晶粒度8.5級(jí)。本次試制各類非金屬夾雜物控制在1.5級(jí)以下，表明鋼成分相對(duì)均勻，雜質(zhì)含量較少。

5 結(jié)論

本次試制Q355NHD耐候H175×200×8×12規(guī)格熱軋H型鋼，產(chǎn)品化學(xué)成分、表面質(zhì)量符合要求，各項(xiàng)力學(xué)性能滿足國標(biāo)要求。產(chǎn)品微觀組織為鐵素體＋珠光體，晶粒度8.5級(jí)，各類非金屬夾雜物控制在1.5級(jí)以下，表明成分設(shè)計(jì)、工藝路線及關(guān)鍵參數(shù)基本可行。該產(chǎn)品的成功生產(chǎn)，說明首鋼長(zhǎng)治鋼鐵公司已經(jīng)掌握該鋼種的生產(chǎn)工藝技術(shù)，既豐富了公司品種結(jié)構(gòu)，也為我國的綠色鋼材發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

[1]謝世紅, 汪開忠, 吳結(jié)才,等. 鐵道車輛用耐候H型鋼的開發(fā)[J].鋼鐵研究, 2005, 33(1):25-27.

[2]王振波. 鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐技術(shù)[J]. 工程設(shè)計(jì)與研究, 2012(2):26-27.

[3]謝世紅. 馬鋼開發(fā)耐候H型鋼的可行性分析[C]// 中國金屬學(xué)會(huì)青年學(xué)術(shù)年會(huì). 2002.

[4]劉炳宇, 劉昆華. 轉(zhuǎn)爐—連鑄工藝生產(chǎn)重軌鋼的實(shí)踐[C]// 全國煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議. 2002:9-12.

[5]李率民, 胥克寶, 萬友堂,等. 耐候鋼板表面微裂紋研究[J]. 寬厚板, 2009, 15(3):15-17.

Production Practice on Q355NHD Weathering H-steel

HAN Bei-fang, GAO Hong-xing, QIN Yan-qing
(Quality Supervision Station, Shougang Changzhi Iron & Steel Co., Ltd., Changzhi, Shanxi,046031, China)

The production process, heating process, rolling process and inspection method of Q355NHD weathering H-steel by Shougang Changzhi Iron & Steel Co., Ltd. are described in detail based on the production technological difficulties of weathering steel. Inspection shows that, the surface of finished steel has no crack, and indexes such as chemical composition as well as mechanical properties meet the national standard, showing excellent resistance to atmospheric corrosion, being a kind of eco-friendly steel with broad prospect. On the basis of such a production practice, it can also be extended to other weathering steel production process.

H-steel; Weathering Steel; Crack; Atmospheric Corrosion Resistance

TF345

A

2095-8412 (2016) 06-1107-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.013

韓北方(1987-)，男，漢族，山西長(zhǎng)治人，本科，助理工程師。主要從事材料開發(fā)和監(jiān)測(cè)工作。