Q345B直角扁钢质量优化改进措施

李祥才，张玉森

（青岛特殊钢铁有限公司型材事业本部，山东青岛266043）

生产技术

Q345B直角扁钢质量优化改进措施

李祥才，张玉森

（青岛特殊钢铁有限公司型材事业本部，山东青岛266043）

针对Q345B直角扁钢力学性能不均匀、部分规格承重不合格等质量问题，经分析认为，主要原因是扁钢化学成分波动较大、加热温度高、冷却速度慢等。通过采取窄成分控制、降低加热温度、增加扁钢上冷床冷却速度等工艺措施，后续生产的Q345B系列直角扁钢性能完全满足标准要求，性能均匀，波动小，满足了用户要求。

直角扁钢；Q345B钢；性能不均；承重；加热温度

1　前言

Q345B直角扁钢［1］主要用在建筑行业，价格高，利润大，国内只有少数几个钢厂生产。青钢型材事业本部主要生产圆角弹簧扁钢［2-6］和直径＞16 mm的圆钢。根据客户要求，青钢型材事业部开发生产了Q345B直角扁钢，增加了产品品种和效益，满足了市场需求，但用户在使用过程了出现了一些质量问题。为此，对质量问题产生的原因进行分析，提出了解决问题的优化改进措施，使得Q345B直角扁钢的产品质量明显提升。

2　生产情况及出现的问题

青钢型材事业本部依据低合金高强度结构钢标准（GB/T 1591—2008）于2014年12月生产了6个规格（16×95、16×63.5、10×76、10×50、16×38、13×38）的Q345B直角扁钢。用户使用后反馈该批次Q345B直角扁钢剪切端部容易出现毛刺，并且力学性能不均匀。该批直角扁钢化学成分如表1所示，部分规格扁钢金相检验结果见表2，实验室性能测试结果见表3，用户提供的部分规格承重性能测试结果见表4。

表1　Q345B直角扁钢化学成分（质量分数）%

表2　部分规格Q345B直角扁钢金相检验结果

表3　Q345B直角扁钢拉伸性能

表4　部分规格Q345B直角扁钢承重测试结果

从表3、表4可以看出，该批直角扁钢力学性能明显不均并且承重结果不完全满足标准要求。为了找出影响扁钢力学性能不均和剪切端部出现毛刺的原因，经查阅相关文献资料并根据实际生产情况，对影响扁钢力学性能和其他质量问题的原因进行分析。

3　质量问题原因分析

1）化学成分波动。Q345B直角扁钢力学性能不均与钢中化学成分波动有关。由于不同炉次炼钢时，同一钢号不同炉批中有的元素含量为上限，有的元素含量偏下限，这会直接导致力学性能不均。

2）非金属夹杂物（B类、D类）不均匀。炼钢时工艺控制不稳定，不同炉次不同类型夹杂物含量及尺寸也有所不同（其中对拉伸性能影响最大的是B类和D类脆性夹杂物），引起的应力集中程度不一样，从而会引起强度的不一致。

3）钢中出现了魏氏组织。加热温度过高，往往会造成钢中出现魏氏组织，魏氏组织对钢的力学性能有影响，并且钢中合金元素V的作用以及加热轧制过程导致的钢中晶粒度不同也会造成直角扁钢力学性能波动不均。

4）加热过程出现脱碳层。加热过程Q345B扁钢表面会不可避免出现脱碳层，会导致扁钢表面强度下降，尤其是当表面出现完全脱碳层时，完全脱碳层与部分脱碳层之间的过渡区易产生应力集中，产生微裂纹，较快引起拉伸断裂。脱碳层厚度的不同，也会引起强度不同。

钢坯加热温度、加热时间、加热温度波动范围与脱碳层深度直接呈正相关关系，因此在满足轧制温度要求的前提下，要降低脱碳层的深度就应当尽量降低钢坯的加热温度、加热时间和缩小其加热温度波动范围，特别是在加热炉待轧时要严格执行待轧降温制度，通过控制钢坯的加热温度和加热时间，尤其是控制钢坯在高温段的滞留时间，达到降低钢坯脱碳层深度的目的。另外炉内气氛也是影响钢坯脱碳层的因素之一，只有保证炉内为还原性气氛或至少为弱氧化性气氛，钢坯的脱碳现象才会随之减少。经计算，青钢高炉煤气加热炉内如果按至少弱氧化性气氛控制，空燃比最大应为1.82，除空燃比外，炉压同样影响炉内气氛。如果加热炉各段经常处于负压状态，在炉门、测温孔、窥视孔等处就会有大量冷空气吸入炉内，很容易使炉内气氛处于强氧化状态，炉压处于负压状态将会导致钢坯表面脱碳层增加。

5）冷却速度不均匀。直角扁钢上冷床后及堆冷时，冷却速度不同，会导致钢组织中珠光体含量不同，具体表现为扁钢和扁钢之间空齿的不同及堆冷时间的长短。扁钢之间不空齿或堆冷时间长，扁钢冷却速度较慢，组织会出现较多的铁素体，导致强度偏低。这也是剪切时扁钢端部出现毛刺的原因。反之，如果扁钢之间空齿、堆冷时间短，扁钢冷却速度会较快，扁钢组织将出现较多的珠光体，扁钢硬度偏高，强度高。

6）表面缺陷。扁钢表面如有划伤、裂纹等缺陷，将会引起应力集中，导致扁钢屈服强度和抗拉强度低，反之，强度则高。

7）尺寸效应。尺寸小的扁钢力学性能往往比尺寸大的高，这也是不同规格Q345B直角扁钢力学性能波动的原因之一。

4　质量提升措施

4.1优化控制化学成分

将Q345B钢化学成分各个元素控制范围进行了细化，对成分实行了窄带控制，防止因为成分的波动造成扁钢力学性能不均匀。

4.2优化非金属夹杂物控制工艺

稳定炼钢工艺，减少非金属夹杂物数量和级别，尤其是B类和D类脆性夹杂物。一是尽量减少外来夹杂物进入钢水，二是设法将已存在钢水中的夹杂物排出，降低夹杂物的含量和尺寸。

减少外来夹杂物对钢水的污染主要控制措施包括：控制好出钢时的脱氧操作和挡渣操作，防止钢包下渣，对钢包吹氩，适当增加吹氩时间，并且采用炉外精炼技术，使得夹杂物充分上浮以及采用合适的保护渣和高质量的耐火材料；钢包及中间包等清理干净，采用保护浇注防止钢水二次氧化等，达到减少外部夹杂的目的。

Q345B钢水内部夹杂物控制关键是冶炼过程的脱氧，通过选择合理的脱氧剂及脱氧制度，控制好脱氧产物中非金属氧化物的数量和形态。连铸过程确保浇注稳定，充分协调好炼钢与连铸的生产节奏，保证连铸钢水的准时供应；尽量减少拉速的变化，中间包浇钢时做到满包操作，保持液面稳定，防止结晶器液面波动。通过改进冶炼工艺，将钢中的氧含量控制在适宜水平，将B类和D类脆性夹杂物转化为塑性夹杂物，从而提高钢的力学性能。

4.3优化加热制度

根据加热温度、加热时间和加热温度波动范围对组织和脱碳层的影响，将钢坯加热温度降低了20℃，优化前后的加热制度见表5。

表5　Q345B钢优化前后的加热工艺

优化后的待轧降温制度为：所有方坯预热段温度700～980℃，加热段温度（1 020±20）℃，均热段温度（1 000±20）℃。

此外为了保证加热炉内为还原性气氛，使加热炉加热段和均热段空燃比≯1.82，同时为了避免加热炉各段处于负压状态，根据加热炉炉况，炉压控制在6～8 Pa，保证冷空气不吸入炉内，防止炉内气氛处于氧化状态。

4.4其他优化措施

开始生产时，扁钢在冷床上仅空1齿。为了增加扁钢的强度，扁钢之间空两齿，这样扁钢冷却速度适当加快，扁钢强度增大，可防止扁钢剪切端部出现毛刺。

加强导卫、轧辊的安装调整，全面检查辊道的运转情况，避免扁钢表面产生划伤。一旦产生划伤，要立刻停车，查找到产生表面划伤的原因，采取措施消除这一缺陷。对开轧前3支、更换导卫和轧槽后第1支、每批的第1支进行现场酸洗检查，发现问题及时调整解决。

5　工艺优化效果

2015年3月按照新改进的工艺生产了Q345B直角扁钢20×95规格62.78 t，4月份按照新的工艺生产了20×95、20×63.5、20×76、10×76共4个规格Q345B直角扁钢125.684 t，化学成分、金相组织及力学性能见表6～8。承重抽检全部合格。

表6　Q345B钢优化后成分及实测结果（质量分数）%

检验结果表明，化学成分全部符合优化后的内控标准要求，组织中含少量魏氏组织，脱碳层深度相对改善，不同炉次夹杂物级别相差不大，并且B类脆性夹杂最大不超过2级，D类脆性夹杂最大不超过1级，力学性能全部满足标准要求，总体波动小。现场观察所有规格直角扁钢表面质量良好。产品完全满足用户，承重性能全部高于标准要求且分布均匀，说明Q345B直角扁钢炼钢和轧钢工艺的优化起到应有的效果，产品质量明显提升。

表7　Q345B直角扁钢优化后金相检验结果

表8　Q345B钢优化后的力学性能

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Abstrraacctt：For the non-uniform mechanical properties of Q345B rectangular flat bar，load-bearing substandard of some specifications and other quality problems，analyses believed that the bigger fluctuation of chemical composition，the higher heating temperature and slow cooling rate are the main reasons.By taking some technology measures such as narrow component control，reducing heating temperature and increase the cooling rate of the flat bar in bed，the properties of the Q345B series rectangular flat of subsequent production can fully meet the standard requirements.The mechanical properties are uniform and have small fluctuation，and that can meet the user requirements.

Key worrddss：rectangular flat bar；Q345B steel；non-uniform mechanical property；load-bearing；heating temperature

数值范围用浪纹线

GB/T 15834—2011规定：浪纹线“～”用于连接数字范围，如a～b，这里的a、b为不同的实数，因此，在科技书刊中，凡实数的数值范围应当用“～”连接，不应采用一字线“—”。例如：0.25～0.75，750～780℃，190～220 mm， 0.9～1.2 m/min。只有标示相关项目（如时间、地域等）的起止用一字线，例如：2011年2月3日—10日，北京—上海特别旅客快车。

（燕明宇）

Quality Optimization and Improvement Measures of Q345B Rectangular Flat Steel

LI Xiangcai，ZHANG Yusen
（Headquarter of Section Enterprise，Qingdao Special Iron and Steel Co.，Ltd.，266043，China）

TG335.5+7

A

1004-4620（2016）03-0029-03

2015-12-28

李祥才，男，1976年生，2008年毕业于安徽工业大学材料加工工程专业，硕士。现为青钢型材事业本部技术开发部工程师，从事特钢研发与生产工作。