薄规格Q460E高强钢板生产工艺优化

谭海鹏，佟程志，孙伟

（1.天津钢铁集团有限公司炼轧厂，天津300301；

2.天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

薄规格Q460E高强钢板生产工艺优化

谭海鹏1，佟程志1，孙伟2

（1.天津钢铁集团有限公司炼轧厂，天津300301；

2.天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

分析了薄规格Q460E高强钢板屈服不合和板形控制不良等问题产生的原因，通过对炼钢工艺及轧钢工艺进行优化，使屈服强度合格率达100%，尺寸精度和板形控制水平明显提高，保证了钢板的板型质量，实现了薄规格Q460E高强钢板的批量生产。

薄规格；高强钢板；工艺；优化

1　引言

Q460E为低合金高强度钢板，具有强度高、韧性好、抗疲劳、焊接和冷成型性能好等优点，广泛用于工程机械、煤矿液压支架、起重机吊臂支腿、车架、钢结构等，特别适用于低温高强度结构件。在实际应用中薄规格占有很大比例，我厂在近期生产的12 mm和16 mm的Q460E过程中存在两大问题，一是大量钢板屈服强度低，二是尺寸精度和板形难以控制，存在大量非规格、瓢曲和不平度问题钢板。为此结合我厂生产实际，对薄规格Q460E高强钢板的生产工艺进行优化，满足屈服强度和板形要求，为实现薄规格高强钢板批量生产创造条件。

2　Q460E存在问题与原因分析

2.1Q460E屈服强度不合

屈服强度通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。屈服强度是一个对成分、组织极其敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，主要有：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。金属的强化机制主要有：形变强化、细晶强化、固溶强化、相变强化和第二相强化。对我厂Q460E性能数据进行统计汇总，屈服强度不合钢板比例达到30%，主要对其成分和工艺进行原因分析。

Q460E实际生产成分控制如图1所示，可以看出，碳、锰含量均控制在中下限。碳能提高钢材的强度和硬度，碳含量增加0.1%，钢材的抗拉强度可提高70MPa，屈服点提高28 MPa；锰的强化机制（晶粒细化和沉淀强化），有助于提高钢的性能，Mn能构成置换固溶体，促使屈服强度呈线性增加［1］。因此，碳、锰含量控制在中下限会降低钢的屈服强度值。

轧钢工艺过程主要通过对奥氏体组织控制及轧制过程中反复动态再结晶来实现成品钢板晶粒度控制，另外冷却过程中通过合理的冷速控制相变达到控制晶粒度目的。Q460E实际生产轧钢工艺控制如表1所示，可以看出，工艺要点中终冷温度高，终冷温度控制偏上限，导致成品钢板晶粒长大，屈服强度低。

图1　Q460E碳和锰成分控制

综上所述，屈服强度不合主要是由于成分控制偏下限，轧钢工艺终冷温度控制在中上限所致。

2.2非规格和板形不良

板形通常指钢板的平直度，常见的板形不良缺陷主要有浪形（单边浪、双边浪、中浪等）、瓢曲和镰刀弯。板形不良会限制轧制速度的提高及轧机所能轧出的最薄规格，板形严重不良会导致勒辊、轧卡、撕裂等事故的出现，甚至可能损坏轧机［2］。

一般认为，出现板形缺陷是由于板宽方向上各点纵向纤维的延伸不均，因此，保持良好板形的条件是横向各点延伸系数一致［3-4］。影响各点延伸系数的因素都会影响到板形，这些因素主要有3类：

2.2.1坯料断面形状

当坯料的断面形状与承载辊缝形状相“匹配”，才能获得良好的板形。因此，在其他条件不变时，若坯料断面形状发生变化，必然会引起板形的变化。保证坯料断面的厚度差和板形控制在一定的范围之内是获得钢板良好板形的前提。

2.2.2承载辊缝的断面形状

当坯料条件确定时，工作辊的承载辊缝断面形状是决定板形的首要因素。它取决于3个方面：（1）工作辊、支撑辊的弯曲挠度和剪切挠度；（2）支撑辊、工作辊和带钢的压扁；（3）工作辊本身的凸度。

凡是能影响上述3方面的因素均会影响板形，其中比较主要的有：（1）设备因素∶包括工作辊直径、工作辊原始凸度以及支撑辊直径和原始凸度；（2）工艺因素∶包括钢板宽度、轧制压力、张力、轧制速度、轧辊热凸度、轧辊磨损等。这些因素互相影响、交叉作用，使板形成为一个比较复杂的问题；（3）压下规程的变化：当压下规程变化时，压下量、速度等均会发生变化，进而影响到压力、热凸度等。这些因素的变化，使承载辊缝形状变化，从而引起板形变化。

此外，被轧钢板本身力学性能的均匀程度也会对板形有较大的影响。这种不均匀性主要源于钢板内部组织不均，其后果是钢板出现意外的局部浪皱。

我厂实际生产的12 mm和16 mm的Q460E的钢板存在大量的非规格和不平度超标钢板。由表1的轧制工艺可以看出，规程设计不合理，粗、精轧轧制道次不匹配，精轧道次过多，钢板温降大，导致最后几道次变形抗力增大，造成浪弯、不平度超标等板形缺陷，难以保证轧制规格。同时，Q460E生产经验少，矫直能力有限，因此，出现了较多的非规格和不平度超标的钢板。

3　工艺优化

依据Q460E生产存在的主要问题，结合我厂生产设备实际情况，制定了相应的工艺优化方案。

3.1炼钢工艺

钢水冶炼过程中将C含量和Mn含量控制在中上限，提高钢中元素的固溶强化效果，提高屈服强度，进一步降低钢中P、S和气体含量，减少对钢的有害影响，使钢板性能更加均匀稳定。连铸通过钢水凝固过程稳定控制，减轻板坯中心缩孔和偏析，保证铸坯内在质量和外观尺寸，减少轧制因坯料原始尺寸不均引起的尺寸精度和板形问题。

3.2轧钢工艺

轧制工艺主要优化加热制度减小轧制的变形应力，优化轧制道次和温度，达到良好的细晶强化效果，同时实现良好的过程温度控制，保证板形。合理地开启冷却水组数和辊道速度，通过合理的冷速控制实现良好的相变强化效果，控制好终冷温度，保证矫直过程的良好板形，同时投入尺寸测量设备，与人工卡量相结合，提高尺寸控制精度和板形控制水平。

4　优化效果

4.1工艺控制效果

为了避免因成分控制在中下限引起屈服强度不合，本次Q460E成分控制在中上限。如表2所示，C和Mn均控制在中上限，P、S控制较低，整体控制水平较高，达到了良好效果。

4.2轧钢工艺控制

表2　Q460E化学成分/%

为了实现良好的细晶强化效果和板形的良好控制，对12mm和16mm的轧制道次和终轧温度以及冷却速度进行了调整，过程控制参数如表3所示。

表3　Q460E钢板轧制过程控制

从表3可以看出，优化道次和中间坯后，终轧温度控制在850℃左右，通过层流辊道速度和开启组数调整，将终冷温度控制在合理的范围内，既实现了组织转变的良好控制，又保证了板形。

4.3屈服强度

对采用优化工艺生产的成品钢板性能进行检测，分析结果如表4所示。

表4　成品钢板性能统计结果

经工艺优化后，屈服强度合格率达100%。由表4可以看出，不同规格屈服强度均有较大富裕，其它性能指标也达到标准要求，且均有较大富裕，工艺优化取得良好效果。

4.4尺寸精度和板形

通过道次优化，使终轧温度控制在合理的范围内，达到良好的细晶强化效果。激光测量仪的投入与人工卡量结合，很好地控制了尺寸精度和同板差。通过矫直机矫直工艺参数优化，制定合理的矫直工艺，保证成品板的板形质量。实际控制效果如表5所示。

表5　尺寸和板形控制效果

如表5所示，工艺调整后非规格比例和不平度超标比例均降至0，尺寸精度和板形控制取得良好效果。

5　结论

薄规格Q460E存在屈服强度低和尺寸精度和板形难以控制的问题，分析认为屈服强度低是由于成分控制在中下限，细晶强化效果不好所致。尺寸精度和板形控制不良主要是由于Q460E强度高，生产经验少，矫直能力有限所致。轧制和冷却工艺进一步优化，提高钢板性能的同时，保证了钢板轧后板形和快速冷却后的板形质量。根据矫直机设备参数，针对钢板强度高、矫直温度低、规格薄的特点，制定合理的矫直工艺，保证了成品板的板形质量。

［1］叶斌，许兴，吴结才，等.Mn含量和热轧加热温度对高强度耐候钢性能的影响［J］.上海金属，2008，30（3）：37-40.

［2］杨海涛.中板厂轧制板形影响因素分析［J］.南钢科技与管理，2009（2）：9-13.

［3］赵志业.金属塑性变形与轧制理论［M］.北京：冶金工业出版社，1980.

［4］王廷溥.金属塑性加工理论-轧制理论与工艺［M］.北京：冶金工业出版社，1998.

Optim ization of Production Process for Thin Q460E High Strength Steel Plate

TAN Hai-peng1，TONG Cheng-zhi1and SUNWei2
（1.Steel-making and Rolling Plant，Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China；
2.Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

The authors analyzed the causes for the problems of inappropriate yield strength and poor shape control for thin Q460E high strength steel plate and optimized steel-making process and rolling process.Consequently，the qualification rate of yield strength reached 100%and dimension precision and plate shape control levelwere substantially improved.The quality and shape of steel plate were ensured aswell.The scale production of thin Q460E high strength steel platewas realized.

thin；high strength steel plate；process；optimization

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.007

2016-03-06

2016-04-03

谭海鹏（1968—），男，天津人，硕士，高级工程师，主要从事中厚板生产技术及管理工作。