降低低合金高强度H型钢生产成本的研究与实践

    陈帅 刘小刚 穆鸿敏 温潇

    

    

    

    摘? 要：为了提高该公司低合金高强度H型钢产品的性能，降低生产成本，增强产品的竞争力，提高企业的经济效益和生产效率，通过对该公司生产的低合金高强度H型钢的生产工艺、组织、性能等特点分析，找出了产品性能不合的原因，主要是元素C、Si、Mn、微合金V元素的含量及控轧控冷工艺的影响，在实践中通过采用合理的合金成分设计与控轧控冷工艺相结合，保证低合金高强度H型钢力学性能符合产品标准，产品质量合格。

    关键词：低合金高强度钢;微合金化;控轧控冷;H型钢

    中图分类号：TG335? ? ? 文献标志码：A

    0 前言

    山西安泰大H型钢生产线引进德国SMS梅尔公司主体设备和先进的数字化加热炉技术、CCS（紧凑式滑移机架）万能轧机、X-H轧制工艺技术、CRS矫直技术等，全线采用计算机控制，主要生产H200～1000×200～400mm热轧H型钢。

    低合金高强度钢是在碳含量低于0.20%的普通碳素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素，合金元素通过固溶强化、细晶强化、沉淀强化、形变强化和相变强化等强化方式，使强度高于普通碳素钢的一类钢。该公司生产的低合金高强度H型钢广泛用于建筑结构等领域，同普通的碳素结构钢相比，低合金高强度H型钢具有优良的力学性能和突出的经济优势，但自该公司自开始生产低合金H型钢，部分规格H型钢性能波动较大，不能满足钢材高强度、高塑性和高韧性等的要求，轧制后出现性能不合的现象，为了减少公司损失，保证产品力学性能合格，该公司采取了V微合金化技术及控轧控冷相结合的技术，鉴于2019年2月低合金高强度结构钢的新标准的实施，为了继续降低公司生产成本，重新优化了异型坯成分，使产品性能符合标准要求。

    1 工艺路线

    铁水―转炉―LF―异型坯连铸―加热炉―高压水除鳞―开坯（BD）机―万能精轧轧机（UR-E-UF）―取样、分段、切尾―冷却―矫直―定尺锯切―检查―打捆―标识―入库。

    2 工艺研究

    2.1 原因分析

    针对该公司部分规格H型钢屈服强度低的现象对数据进行统计分析，表1是部分合格与不合格产品的熔炼成分。

    由表1分析可得： 合格產品与不合格产品P、S元素均值相对稳定，且标准差较小，说明该公司设计成分中这两元素对屈服强度的影响较小， 但C、Si、Mn3个元素标准差较大，说明成分波动大，但均在内控要求范围，且不合格产品的这3个元素的含量均比合格产品低，说明这三大元素对屈服强度有较大影响。

    计算可得回归方程：屈服强度ReL= exp（Y'）? Y' = 5.623 + 0.777C + 0.313Si + 0.005Mn

    由回归方程分析可得：影响该公司低合金H型钢屈服强度的主要元素是C、Si、Mn，且随着C、Mn、Si含量的增加强度增加，但是C元素影响最为显著。但该公司内控成分C含量偏上限，且C含量的增多直接影响钢的焊接性能，随着Si量增加，同样会降低钢的焊接性能、使钢的韧性和塑性降低;且含Mn较高时，有较明显的回火脆性现象，增加钢的过热敏感性（粗晶），因此，考虑通过加入细化晶粒元素V来改善钢材的性能。

    2.2 成分优化

    为了减少该公司由于性能不合判废的损失，需通过微合金化及控轧控冷相结合的技术来提高该公司低合金高强度H型钢性能。

    2.2.1 V微合金化

    V细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性且V与O、N都有很大的亲和力，且生成的化合物极其稳定，炼钢较易操作。综合考虑通过降Mn加V提高H型钢性能。

    2.2.2 控轧控冷

    加热温度控制在1 200 ℃～1 280 ℃，出钢前进行必要的保温。加热温度的关键是促进微合金化元素在钢种的充分溶解。开坯温度控制在980 ℃～1 180 ℃。在奥氏体未再结晶区轧制，其温度区间一般为950 ℃～Ar3，因此，万能轧机开轧温度控制在920 ℃～980 ℃。终轧温度控制在950 ℃以下，保证低合金H型钢产品性能。表2是低合金H型钢优化后成分统计表。表3是优化前后性能对比统计表。

    由表2及表3分析可得：优化后成分Mn含量均值降低约0.18%，增加V含量约0.022%，屈服强度均值提高17 MPa，抗拉强度提高约9 MPa，伸长率略有降低，但影响较小，常温冲击功变化不大，且各项性能均符合标准要求，未有因性能不合降判的产品。根据成本核算，吨钢降成本约13元。

    图1及图2是成分优化前后翼缘试样的金相组织图。由图2分析可得：优化前后试样基体组织均为铁素体+珠光体组织，优化前翼缘的晶粒度8.0级，且有魏氏组织倾向和带状组织，带状组织3级。优化后翼缘晶粒度8.5级，且纵向带状组织较轻仅1.0级。优化后晶粒度变细，且组织均匀，力学性能有所改善。

    2.2.3 低合金高强度钢新标准的实施应用

    2019年2月低合金高强度结构钢新标准已实施，该标准重新修订了钢的牌号、化学成分、碳当量及力学性能的要求，基于新标准为使生产成本最低，公司效益最大化，重新对该公司生产的低合金高强度H型钢成分进行优化。通过提C降Mn及V微合金化，使产品力学性能符合标准要求。表4是通过提C降Mn及V微合金化成分优化后统计表。表5是优化后性能统计表。

    由表4表5分析可得：基于新标准的实施，该公司生产的低合金高强度H型钢产品成分均在标准要求范围内，各项力学性能也符合标准要求，没有因性能不合产生的降级品。经过财务成本核算，硅锰合金消耗降低了3.06 kg/t，吨钢降低成本约21元。

    3 结论

    影响该公司低合金高强度H型钢屈服强度的主要元素是C、Si、Mn，且随着C、Mn、Si含量的增加强度增加，但C元素影响最为显著。在低合金高强度H型钢的成分设计中添加适当的 V元素通过与控轧控冷工艺相结合可以起到细化晶粒、提高产品力学性能的效果。通过成分优化，降低了产品的生产成本，提高的公司的经济效益，各项性能符合标准要求，优化后未产生因性能不合的降级品，同时也提高了产品的市场竞争力。

    参考文献

    [1]王建军，张盼荣.提高Q345B钢板屈服强度的TMCP工艺[J].山西冶金，2011（4）：57-59.

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