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Q345EL 钢铌硼镍微合金化工艺实践

李 松，纪瑞东，李 俊，孙翠华

( 炼钢厂)

摘 要: 阐述了生产 Q345EL 钢的工艺措施。通过铌、硼、镍微合金化，提高了 Q345EL 钢的 －50 ℃低温冲击性能。Q345EL 钢种的成功开发，对产品品种结构调整和提升盈利水平具有重要的意义。

关键词: Q345EL 钢; 微合金化; 低温冲击性能

0 前言

山钢股份莱芜分公司在中型线试制 Q345EL 品种钢，此钢种要求具有 － 50 ℃ 低温冲击性能，对钢中夹杂物、组织形态以及氮氧含量提出了更高的要求。在炼钢 － 中型线工序的精心组织和密切配合下，较好的完成了试制计划，轧制性能满足了用户使用要求，提升了产品开发能力。

1 铌硼镍的微合金化机理及作用

1. 1 铌微合金化

铌是强碳、氮化物形成元素，在钢中极易形成稳定难溶的 NbC、Nb ( CN) ，在凝固期，先期析出的 NbC、Nb ( CN) 微小弥散质点，有利于形成较细小的等轴铸造组织，这种结构赋予细小的原始奥氏体晶粒，并将在加热过程中抑制奥氏体晶粒长大。在奥氏体区热变形过程中，根据 NbCN 溶解析出规律，通过控制加热温度、初、终轧温度等参数，控制 NbCN 的析出时机，利用 NbCN 在奥氏体中的析出，钉扎晶界、亚晶界、位错线等晶体缺陷处 ，来延迟奥氏体再结晶开始时间和防止二次晶粒长大，达到细化奥氏体晶粒，并进而细化铁素体晶粒 ，对钢产生强韧化作用。在奥氏体/铁素体相变后，析出极为细小 ( 约 1 ～2 nm) 的 NbCN，对钢有强烈的沉淀强化作用。

1. 2 硼微合金化

钢中添加少量硼生成的 Fe － C － B 脆性相复合化合物，在轧制过程中固溶于奥氏体中逐渐弥散化，能够提高钢的淬透性; 硼在晶界上的偏聚可以减少磷等元素的偏聚程度，对提高低温冲击韧性具有重要作用，硼还能使含铌钢的热延性得到进一步改善。

1. 3 镍微合金化

镍的主要作用是促成和稳定奥氏体，增加钢的高温强度。此次试制发现镍对提高低温冲击功效果明显。

2 Q345EL 钢种工艺流程

2. 1 工艺流程

铁水预处理( 脱硫)→600 t混铁炉→60 t转炉→60 t LF精炼→矩形坯连铸机→中型线

2. 2 转炉工艺控制

转炉冶炼采用经铁水预处理的低硫铁水和优质废钢作为原料。冶炼过程中控制合适的枪位和加料时机，渣料于终点前 3 min 加完。终点压枪时间不低于 30 s，矿石在吹炼前期加入，加入量控制在 15kg / t 钢以内，终点严禁加矿石降温。做到全过程化渣，终渣不透不允许放钢。

采用挡渣塞及挡渣球挡渣出钢工艺，确保挡好一次渣及二次渣，钢包渣厚小于 100 mm。出钢后在钢包表面加入炉渣改质剂50 kg。为 LF 精炼创造良好的精炼条件。

Q345EL 钢化学成分控制要求见表 1。

2. 3 LF 精炼工艺控制

1) 采用出钢渣洗工艺，出钢前在钢包包底加入全预熔合成渣 100 kg，起到了提前脱氧、脱硫作用，加速精炼前期成渣速度，缩短精炼周期。

2) 进站喂铝线 20 m 进行脱氧调渣，在精炼炉采用复合脱氧剂和硅钙钡进行扩散脱氧，每隔3 min粘渣一次，观察熔渣渣况，根据渣况及时调整脱氧操作。通电化好渣后，大氩气搅拌 1 min，取第一个光谱样，取样完毕喂硼铁线 10 m/炉( 以 50 t 出钢量计，硼回收率按照 70% 计算) ，喂硼铁线完毕根据初炼成分进行其它成分微调，确保喂硼铁线后 5 min取第二个样，根据硼含量进行适度微调。

3) 钢水出站前，采用喂硅钙线进行钙化处理，硅钙线喂入量为 180 m，喂线速度 ＞3 m/s。喂硅钙线后大氩气搅拌 30 s，将钢包转出精炼位进行“软吹”，软吹时间不得低于 8 min，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露。

Q345EL 钢成品化学成分见表 2。

2. 4 连铸工艺控制

1) 正常浇注的中间包液面高度大于 800 mm，拉速控制在 0. 5 ～ 0. 7 m/min，全过程保护浇注，大包开浇 10 s 内挂大包长水口，中间包采用铝碳浸入式水口。保持结晶器液面黑面操作，保护渣要求勤加、少加、均匀加入。中间包液面保护采用“碱性覆盖剂 + 碳化稻壳”，碱性覆盖剂( 1 号连铸机碱性保护渣) 厚度 20mm。

2) 中间包温度控制在 1 525 ～ 1 545 ℃ 之间。

3) 结晶器采用液面自动控制，稳定结晶器液面，减少因结晶器液面波动对铸坯质量的影响。

2. 5 加热及轧制工艺

本次轧制规格为 H294 ×200 ×8 ×12，采用万能连轧机组轧制。

1) 加热炉温度严格按照质量计划对温度的要求，保证各段温度稳定，加热均匀，保温充分。加热温度及时间见表 3。

2) BD 开轧温度不低于 1 150 ℃ ，经开坯轧机往复轧制 11 道次，然后热锯切头后送往万能连轧机组，轧制温度见表 4。

3) 物理检测表明，进行铌硼镍微合金化后，轧材物理性能有明显改善。通过与以前生产过的Q345D 钢相比较，发现镍的加入对低温冲击功的影响较明显。冲击功数据见表 5。

3 钢中气体含量分析

现场用定氧仪测定钢中的游离氧控制在( 10 ～15) × 10－ 6，全氧分析氧含量( 45 ～51) ×10－ 6，氮含量( 46 ～54) ×10－ 6，说明保护浇注很好的控制了钢水吸氧、吸氮，气体分析结果见表 6。

4 铸坯及轧材质量

从低倍组织分析来看，低倍组织均匀，铸坯的内部质量较好，见图 1。

从金相组织来看，基体组织为珠光体和铁素体，组织均匀，晶粒细小，晶粒度达到 8 级，达到了细化晶粒的目的，见图 2。

5 结语

1) 采用铌硼镍微合金化后，H 型钢的轧材性能显著提高。尤其是加入镍后，低温冲击功有明显提升。

2) 硼微合金化前，用 Al 进行脱氧，可以很好的保护硼不被氧化，使硼的回收率达到 70%。另外，转炉炼钢氮含量较低，硼与氮的结合量不大，省去了钛脱氮的环节，对节约稀有金属具有积极的意义。

3) 采用“转炉 － LF 精炼 － 连铸”工艺成功生产Q345EL 钢，对莱钢实现品种结构升级具有积极的意义。

参考文献

［1］ 聂义宏，等 . 硼对高强度弹簧钢力学性能的影响［J］ . 钢铁，2004 ( 5) .

［2］ 于勇，田志凌，董翰等． 中国材料工程大典第 2 卷钢铁材料工程 ( 上) . 北京: 化学工业出版社，2006．

［3］ 项程云． 合金结构钢 ［M． 北京: 冶金工业出版社，2006.