高耐候钢Q355GNH的生产试制

向华等

摘 要：文章介绍了八钢公司Q355GNH耐侯钢的研制情况。采用合理的成分设计，使用转炉冶炼加LF精炼以保证钢的纯净度。采用微合金元素强化及控制轧制控制冷却工艺提高钢的强度还保证良好的塑性和韧性。最终使钢的质量和性能全面达到国家标准规定要求。

关键词：耐候钢；控制轧制；Q355GNH

前言

耐候钢即耐大气腐蚀钢，是通过添加少量合金元素使其在大气中具有比普通碳素钢更优良的耐腐蚀性能的一种低合金钢。其中Q355GNH耐候钢已广泛应用于集装箱、铁路车辆、桥梁、建筑和空气预热器等需要耐大气腐蚀的环境中。其特点是在钢中加入少量Cu、P、Cr、Ni等合金元素，使钢铁材料在锈层和基体之间形成一层约50～100μm厚的致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化物层，阻止大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，从而大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力[1]。

近年来八钢公司已经成功开发了大批量Q355NH焊接耐候钢广泛应用于兰新铁路二线防风墙工程，为了近一步开拓产品，就重庆某公司客户需求，八钢公司进行Q355GNH高耐候钢的生产研制。

1 高耐候钢Q355GNH的技术要求及工艺流程

高耐候钢Q355GNH与焊接耐候钢Q355NH相比，具有更好的耐大气腐蚀能力。需保证钢板具有较高的强度，同时具有良好的塑性和韧性。另外一般通过添加耐腐蚀元素保证耐大气腐蚀性指数I来反映其耐腐蚀性能良好。

工艺流程：高炉铁水→铁水预脱硫处理→120t转炉→LF精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→堆缓冷→探伤→剪切→取样检验→标识→入库。

2 成分设计

高耐候钢Q355GNH成分要求中必须含0.07%～0.15%磷，磷对于普通钢来说，属于有害元素，但是在高耐候钢中加入Cu和P主要是为了提高耐蚀性能，并固溶强化铁素体。铜在腐蚀过程中起着活化阴极的作用，在一定条件下可以使钢发生阳极钝化，从而降低腐蚀速度。另外，铜元素富集于靠近基体金属的锈层中，在腐蚀层和铜的富集层之间形成一层紧密的氧化铜中间层，可减缓或阻止腐蚀介质继续向内侵蚀。而P是阳极钝化剂，在电解质溶液中加速钢的均匀溶解和Fe等的氧化速度，有助于在钢的表面生成非晶态羟基氧化铁致密保护膜，从而起到耐腐蚀作用，两者配合使用耐腐蚀效果显著。Cr也是提高低合金钢耐大气腐蚀性能的合金元素之一，但一般在Cu的配合下才具有明显的效果。Cr的腐蚀电位较低，是具有钝化倾向的元素，在大气中促使钢的表面形成一层致密的氧化膜（钝化膜），从而提高钢的耐大气腐蚀作用。Ni也是耐大气腐蚀的有效合金元素之一，但大量理论和试验研究表明，Ni含量在达到3.5%以上时才有效。当Ni含量较低（<1%），钢中又含Cu时，Ni并不能进一步改善耐大气腐蚀性，但加入Ni可改善含铜钢坯加热后的热加工性能，其原因是Ni和Cu形成合金相，可使钢中铜富集层的熔点由1100℃变为超过1200℃ ，从而防止了热脆的发生。Ni和Cu含量的比例为1：3即可形成合金相，所以对含Cu0.3%的钢控制Ni含量大于0.1%就可防止其在轧制过程中产生龟裂。[2]

除了添加Cr、Ni、Cu、P元素外，由于碳锰含量低，为了保证强度，还添加细化晶粒元素Nb、Ti等。为了分析不同Cr含量与Nb含量对力学性能的影响，设计了A、B两套成分进行试验。

3 炼钢主要工艺

通过向铁包中加入石灰粉或喷吹Mg+CaO进行预脱硫处理，脱硫完毕后进行扒渣处理，确保入炉铁水w（S）≤0.01%。采用转炉生产，顶吹或顶底复合吹炼，应用了挡渣出钢、吹氩等工艺，以确保钢水质量；LF精炼采取大渣量精炼，并保证充足的精炼时间，确保白渣精炼效果。在LF内保证微正压气氛，并配合底吹氩，保证良好的脱硫动力学条件，并运用钙处理使钢中MnS夹杂物和AL2O3夹杂物变性。连铸保护渣采用耐候钢专用保护渣，连铸前对钢液进行成分微调，控制罐内钢水温度至终点目标；中间罐采用浸入式水口，氩气保护浇注；严格控制拉坯速度、二冷水参数及钢坯矫直温度，连铸坯表面质量好。

4 加热与轧制工艺

4.1 板坯加热

连铸坯中的铌主要以大颗粒的碳、氮化合物形式存在，当加热温度较低时，未溶解的铌和碳、氮化合物粗大颗粒保留在轧后的钢板组织中，对钢板几乎不起强化作用，因此加热时应保证有足够的铌固溶到奥氏体中。另外为了防止奥氏体晶粒粗化，因此Q355GNH的加热温度不能太低也不能太高，最终加热温度确定为1200～1250℃，以保证微合金元素充分固溶到奥氏体中。

4.2 控制轧制

轧制工艺以细化晶粒、提高强度、改善韧性为主要目的。采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制工艺，使终轧温度尽可能接近相变点，保证控轧细化晶粒的效果。根据铌在轧制时延迟奥氏体再结晶以及铌、钒的碳化物、氮化物的溶解-析出特性，制定Q355GNH的具体控制轧制工艺。

板坯开轧温度为1070～l110℃，在轧制的第一阶段单道次采用较大的压下量，以细化奥氏体晶粒，道次压下率控制在10%以上。第二阶段的开轧温度设定为≤980℃，待温后总压下率≥50%，以细化晶粒提高钢板的强度和韧性；终轧温度设定为（830±20）℃，控制较低的终轧温度可以保证奥氏体相变后获得细小的铁素体组织。轧后采取控制冷却工艺进行对比试验，通过控制冷却可以使晶粒更细小。

1号、2号钢板与3号、4号钢板对比空冷方式与水冷方式性能差异；5号、6号钢板与7号、8号钢板在空冷方式下对比成分对性能的影响。

5 试制Q355GNH钢板性能检测

5.1 试验钢的力学性能

所有试验钢性能都满足Q355GNH高耐候钢国家标准GB/T 4171-2008要求。

通过5号、6号试样与7号、8号试样对比可以发现，在压缩比相同的情况下，当Nb、Cr含量增加时，钢板抗拉强度、屈服强度增加明显，延伸率略有下降，韧性相差不大。

通过1号、2号试样与3号、4号试样对比可以发现，在压缩比相同的情况下，当采取水冷时，钢板抗拉强度、屈服强度增加明显，延伸率下降，韧性相差不大。

通过金相观察：钢板金相组织为铁素体和少量珠光体，显微组织分布均匀，晶粒度为9.5～11级。

6 结束语

（1）Q355GNH钢生产工艺路线符合八钢炼钢厂和轧钢厂的设备条件，合理可行。（2）通过试生产Q355GNH钢，掌握了磷的合金化和含铜钢的表面质量控制技术， 为八钢公司今后生产含铜钢和含磷钢积累了经验。（3）采用Nb+Ti微合金化及控轧控冷工艺开发的新钢种，实现了高耐候钢高强度的同时，还具有良好的塑性和韧性。（4）八钢首次试生产Q355GNH 钢，其化学成分和力学性能全部合格，产品质量稳定，完全满足用户及国家标准的要求，目前该产品已经具备批量生产条件。

参考文献

[1]徐增华.金属耐蚀材料[J].腐蚀与防护，2001，22（3）：135～138.

[2]王东明，郭晓宏.鞍钢09CuPCrNi耐大气腐蚀热轧带钢的开发[J].鞍钢技术，2002，4，45～49.

作者简介：向华，男，汉族，轧钢助理工程师，钢铁新产品研究，宝钢集团八钢公司制造管理部。endprint

摘 要：文章介绍了八钢公司Q355GNH耐侯钢的研制情况。采用合理的成分设计，使用转炉冶炼加LF精炼以保证钢的纯净度。采用微合金元素强化及控制轧制控制冷却工艺提高钢的强度还保证良好的塑性和韧性。最终使钢的质量和性能全面达到国家标准规定要求。

关键词：耐候钢；控制轧制；Q355GNH

前言

耐候钢即耐大气腐蚀钢，是通过添加少量合金元素使其在大气中具有比普通碳素钢更优良的耐腐蚀性能的一种低合金钢。其中Q355GNH耐候钢已广泛应用于集装箱、铁路车辆、桥梁、建筑和空气预热器等需要耐大气腐蚀的环境中。其特点是在钢中加入少量Cu、P、Cr、Ni等合金元素，使钢铁材料在锈层和基体之间形成一层约50～100μm厚的致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化物层，阻止大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，从而大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力[1]。

近年来八钢公司已经成功开发了大批量Q355NH焊接耐候钢广泛应用于兰新铁路二线防风墙工程，为了近一步开拓产品，就重庆某公司客户需求，八钢公司进行Q355GNH高耐候钢的生产研制。

1 高耐候钢Q355GNH的技术要求及工艺流程

高耐候钢Q355GNH与焊接耐候钢Q355NH相比，具有更好的耐大气腐蚀能力。需保证钢板具有较高的强度，同时具有良好的塑性和韧性。另外一般通过添加耐腐蚀元素保证耐大气腐蚀性指数I来反映其耐腐蚀性能良好。

工艺流程：高炉铁水→铁水预脱硫处理→120t转炉→LF精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→堆缓冷→探伤→剪切→取样检验→标识→入库。

2 成分设计

高耐候钢Q355GNH成分要求中必须含0.07%～0.15%磷，磷对于普通钢来说，属于有害元素，但是在高耐候钢中加入Cu和P主要是为了提高耐蚀性能，并固溶强化铁素体。铜在腐蚀过程中起着活化阴极的作用，在一定条件下可以使钢发生阳极钝化，从而降低腐蚀速度。另外，铜元素富集于靠近基体金属的锈层中，在腐蚀层和铜的富集层之间形成一层紧密的氧化铜中间层，可减缓或阻止腐蚀介质继续向内侵蚀。而P是阳极钝化剂，在电解质溶液中加速钢的均匀溶解和Fe等的氧化速度，有助于在钢的表面生成非晶态羟基氧化铁致密保护膜，从而起到耐腐蚀作用，两者配合使用耐腐蚀效果显著。Cr也是提高低合金钢耐大气腐蚀性能的合金元素之一，但一般在Cu的配合下才具有明显的效果。Cr的腐蚀电位较低，是具有钝化倾向的元素，在大气中促使钢的表面形成一层致密的氧化膜（钝化膜），从而提高钢的耐大气腐蚀作用。Ni也是耐大气腐蚀的有效合金元素之一，但大量理论和试验研究表明，Ni含量在达到3.5%以上时才有效。当Ni含量较低（<1%），钢中又含Cu时，Ni并不能进一步改善耐大气腐蚀性，但加入Ni可改善含铜钢坯加热后的热加工性能，其原因是Ni和Cu形成合金相，可使钢中铜富集层的熔点由1100℃变为超过1200℃ ，从而防止了热脆的发生。Ni和Cu含量的比例为1：3即可形成合金相，所以对含Cu0.3%的钢控制Ni含量大于0.1%就可防止其在轧制过程中产生龟裂。[2]

除了添加Cr、Ni、Cu、P元素外，由于碳锰含量低，为了保证强度，还添加细化晶粒元素Nb、Ti等。为了分析不同Cr含量与Nb含量对力学性能的影响，设计了A、B两套成分进行试验。

3 炼钢主要工艺

通过向铁包中加入石灰粉或喷吹Mg+CaO进行预脱硫处理，脱硫完毕后进行扒渣处理，确保入炉铁水w（S）≤0.01%。采用转炉生产，顶吹或顶底复合吹炼，应用了挡渣出钢、吹氩等工艺，以确保钢水质量；LF精炼采取大渣量精炼，并保证充足的精炼时间，确保白渣精炼效果。在LF内保证微正压气氛，并配合底吹氩，保证良好的脱硫动力学条件，并运用钙处理使钢中MnS夹杂物和AL2O3夹杂物变性。连铸保护渣采用耐候钢专用保护渣，连铸前对钢液进行成分微调，控制罐内钢水温度至终点目标；中间罐采用浸入式水口，氩气保护浇注；严格控制拉坯速度、二冷水参数及钢坯矫直温度，连铸坯表面质量好。

4 加热与轧制工艺

4.1 板坯加热

连铸坯中的铌主要以大颗粒的碳、氮化合物形式存在，当加热温度较低时，未溶解的铌和碳、氮化合物粗大颗粒保留在轧后的钢板组织中，对钢板几乎不起强化作用，因此加热时应保证有足够的铌固溶到奥氏体中。另外为了防止奥氏体晶粒粗化，因此Q355GNH的加热温度不能太低也不能太高，最终加热温度确定为1200～1250℃，以保证微合金元素充分固溶到奥氏体中。

4.2 控制轧制

轧制工艺以细化晶粒、提高强度、改善韧性为主要目的。采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制工艺，使终轧温度尽可能接近相变点，保证控轧细化晶粒的效果。根据铌在轧制时延迟奥氏体再结晶以及铌、钒的碳化物、氮化物的溶解-析出特性，制定Q355GNH的具体控制轧制工艺。

板坯开轧温度为1070～l110℃，在轧制的第一阶段单道次采用较大的压下量，以细化奥氏体晶粒，道次压下率控制在10%以上。第二阶段的开轧温度设定为≤980℃，待温后总压下率≥50%，以细化晶粒提高钢板的强度和韧性；终轧温度设定为（830±20）℃，控制较低的终轧温度可以保证奥氏体相变后获得细小的铁素体组织。轧后采取控制冷却工艺进行对比试验，通过控制冷却可以使晶粒更细小。

1号、2号钢板与3号、4号钢板对比空冷方式与水冷方式性能差异；5号、6号钢板与7号、8号钢板在空冷方式下对比成分对性能的影响。

5 试制Q355GNH钢板性能检测

5.1 试验钢的力学性能

所有试验钢性能都满足Q355GNH高耐候钢国家标准GB/T 4171-2008要求。

通过5号、6号试样与7号、8号试样对比可以发现，在压缩比相同的情况下，当Nb、Cr含量增加时，钢板抗拉强度、屈服强度增加明显，延伸率略有下降，韧性相差不大。

通过1号、2号试样与3号、4号试样对比可以发现，在压缩比相同的情况下，当采取水冷时，钢板抗拉强度、屈服强度增加明显，延伸率下降，韧性相差不大。

通过金相观察：钢板金相组织为铁素体和少量珠光体，显微组织分布均匀，晶粒度为9.5～11级。

6 结束语

（1）Q355GNH钢生产工艺路线符合八钢炼钢厂和轧钢厂的设备条件，合理可行。（2）通过试生产Q355GNH钢，掌握了磷的合金化和含铜钢的表面质量控制技术， 为八钢公司今后生产含铜钢和含磷钢积累了经验。（3）采用Nb+Ti微合金化及控轧控冷工艺开发的新钢种，实现了高耐候钢高强度的同时，还具有良好的塑性和韧性。（4）八钢首次试生产Q355GNH 钢，其化学成分和力学性能全部合格，产品质量稳定，完全满足用户及国家标准的要求，目前该产品已经具备批量生产条件。

参考文献

[1]徐增华.金属耐蚀材料[J].腐蚀与防护，2001，22（3）：135～138.

[2]王东明，郭晓宏.鞍钢09CuPCrNi耐大气腐蚀热轧带钢的开发[J].鞍钢技术，2002，4，45～49.

作者简介：向华，男，汉族，轧钢助理工程师，钢铁新产品研究，宝钢集团八钢公司制造管理部。endprint

摘 要：文章介绍了八钢公司Q355GNH耐侯钢的研制情况。采用合理的成分设计，使用转炉冶炼加LF精炼以保证钢的纯净度。采用微合金元素强化及控制轧制控制冷却工艺提高钢的强度还保证良好的塑性和韧性。最终使钢的质量和性能全面达到国家标准规定要求。

关键词：耐候钢；控制轧制；Q355GNH

前言

耐候钢即耐大气腐蚀钢，是通过添加少量合金元素使其在大气中具有比普通碳素钢更优良的耐腐蚀性能的一种低合金钢。其中Q355GNH耐候钢已广泛应用于集装箱、铁路车辆、桥梁、建筑和空气预热器等需要耐大气腐蚀的环境中。其特点是在钢中加入少量Cu、P、Cr、Ni等合金元素，使钢铁材料在锈层和基体之间形成一层约50～100μm厚的致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化物层，阻止大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，从而大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力[1]。

近年来八钢公司已经成功开发了大批量Q355NH焊接耐候钢广泛应用于兰新铁路二线防风墙工程，为了近一步开拓产品，就重庆某公司客户需求，八钢公司进行Q355GNH高耐候钢的生产研制。

1 高耐候钢Q355GNH的技术要求及工艺流程

高耐候钢Q355GNH与焊接耐候钢Q355NH相比，具有更好的耐大气腐蚀能力。需保证钢板具有较高的强度，同时具有良好的塑性和韧性。另外一般通过添加耐腐蚀元素保证耐大气腐蚀性指数I来反映其耐腐蚀性能良好。

工艺流程：高炉铁水→铁水预脱硫处理→120t转炉→LF精炼→连铸→板坯加热→控制轧制→控制冷却→堆缓冷→探伤→剪切→取样检验→标识→入库。

2 成分设计

高耐候钢Q355GNH成分要求中必须含0.07%～0.15%磷，磷对于普通钢来说，属于有害元素，但是在高耐候钢中加入Cu和P主要是为了提高耐蚀性能，并固溶强化铁素体。铜在腐蚀过程中起着活化阴极的作用，在一定条件下可以使钢发生阳极钝化，从而降低腐蚀速度。另外，铜元素富集于靠近基体金属的锈层中，在腐蚀层和铜的富集层之间形成一层紧密的氧化铜中间层，可减缓或阻止腐蚀介质继续向内侵蚀。而P是阳极钝化剂，在电解质溶液中加速钢的均匀溶解和Fe等的氧化速度，有助于在钢的表面生成非晶态羟基氧化铁致密保护膜，从而起到耐腐蚀作用，两者配合使用耐腐蚀效果显著。Cr也是提高低合金钢耐大气腐蚀性能的合金元素之一，但一般在Cu的配合下才具有明显的效果。Cr的腐蚀电位较低，是具有钝化倾向的元素，在大气中促使钢的表面形成一层致密的氧化膜（钝化膜），从而提高钢的耐大气腐蚀作用。Ni也是耐大气腐蚀的有效合金元素之一，但大量理论和试验研究表明，Ni含量在达到3.5%以上时才有效。当Ni含量较低（<1%），钢中又含Cu时，Ni并不能进一步改善耐大气腐蚀性，但加入Ni可改善含铜钢坯加热后的热加工性能，其原因是Ni和Cu形成合金相，可使钢中铜富集层的熔点由1100℃变为超过1200℃ ，从而防止了热脆的发生。Ni和Cu含量的比例为1：3即可形成合金相，所以对含Cu0.3%的钢控制Ni含量大于0.1%就可防止其在轧制过程中产生龟裂。[2]

除了添加Cr、Ni、Cu、P元素外，由于碳锰含量低，为了保证强度，还添加细化晶粒元素Nb、Ti等。为了分析不同Cr含量与Nb含量对力学性能的影响，设计了A、B两套成分进行试验。

3 炼钢主要工艺

通过向铁包中加入石灰粉或喷吹Mg+CaO进行预脱硫处理，脱硫完毕后进行扒渣处理，确保入炉铁水w（S）≤0.01%。采用转炉生产，顶吹或顶底复合吹炼，应用了挡渣出钢、吹氩等工艺，以确保钢水质量；LF精炼采取大渣量精炼，并保证充足的精炼时间，确保白渣精炼效果。在LF内保证微正压气氛，并配合底吹氩，保证良好的脱硫动力学条件，并运用钙处理使钢中MnS夹杂物和AL2O3夹杂物变性。连铸保护渣采用耐候钢专用保护渣，连铸前对钢液进行成分微调，控制罐内钢水温度至终点目标；中间罐采用浸入式水口，氩气保护浇注；严格控制拉坯速度、二冷水参数及钢坯矫直温度，连铸坯表面质量好。

4 加热与轧制工艺

4.1 板坯加热

连铸坯中的铌主要以大颗粒的碳、氮化合物形式存在，当加热温度较低时，未溶解的铌和碳、氮化合物粗大颗粒保留在轧后的钢板组织中，对钢板几乎不起强化作用，因此加热时应保证有足够的铌固溶到奥氏体中。另外为了防止奥氏体晶粒粗化，因此Q355GNH的加热温度不能太低也不能太高，最终加热温度确定为1200～1250℃，以保证微合金元素充分固溶到奥氏体中。

4.2 控制轧制

轧制工艺以细化晶粒、提高强度、改善韧性为主要目的。采用再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制工艺，使终轧温度尽可能接近相变点，保证控轧细化晶粒的效果。根据铌在轧制时延迟奥氏体再结晶以及铌、钒的碳化物、氮化物的溶解-析出特性，制定Q355GNH的具体控制轧制工艺。

板坯开轧温度为1070～l110℃，在轧制的第一阶段单道次采用较大的压下量，以细化奥氏体晶粒，道次压下率控制在10%以上。第二阶段的开轧温度设定为≤980℃，待温后总压下率≥50%，以细化晶粒提高钢板的强度和韧性；终轧温度设定为（830±20）℃，控制较低的终轧温度可以保证奥氏体相变后获得细小的铁素体组织。轧后采取控制冷却工艺进行对比试验，通过控制冷却可以使晶粒更细小。

1号、2号钢板与3号、4号钢板对比空冷方式与水冷方式性能差异；5号、6号钢板与7号、8号钢板在空冷方式下对比成分对性能的影响。

5 试制Q355GNH钢板性能检测

5.1 试验钢的力学性能

所有试验钢性能都满足Q355GNH高耐候钢国家标准GB/T 4171-2008要求。

通过5号、6号试样与7号、8号试样对比可以发现，在压缩比相同的情况下，当Nb、Cr含量增加时，钢板抗拉强度、屈服强度增加明显，延伸率略有下降，韧性相差不大。

通过1号、2号试样与3号、4号试样对比可以发现，在压缩比相同的情况下，当采取水冷时，钢板抗拉强度、屈服强度增加明显，延伸率下降，韧性相差不大。

通过金相观察：钢板金相组织为铁素体和少量珠光体，显微组织分布均匀，晶粒度为9.5～11级。

6 结束语

（1）Q355GNH钢生产工艺路线符合八钢炼钢厂和轧钢厂的设备条件，合理可行。（2）通过试生产Q355GNH钢，掌握了磷的合金化和含铜钢的表面质量控制技术， 为八钢公司今后生产含铜钢和含磷钢积累了经验。（3）采用Nb+Ti微合金化及控轧控冷工艺开发的新钢种，实现了高耐候钢高强度的同时，还具有良好的塑性和韧性。（4）八钢首次试生产Q355GNH 钢，其化学成分和力学性能全部合格，产品质量稳定，完全满足用户及国家标准的要求，目前该产品已经具备批量生产条件。

参考文献

[1]徐增华.金属耐蚀材料[J].腐蚀与防护，2001，22（3）：135～138.

[2]王东明，郭晓宏.鞍钢09CuPCrNi耐大气腐蚀热轧带钢的开发[J].鞍钢技术，2002，4，45～49.

作者简介：向华，男，汉族，轧钢助理工程师，钢铁新产品研究，宝钢集团八钢公司制造管理部。endprint