Q345B无缝管加钛的应用

 Q345B无缝管加钛的应用

    Q345B无缝管是一种中等强度高韧性碳素结构钢，具有抗低温、抗塑性和易焊接等综合力学性能，已广泛应用于机械零件、建筑材料等各类结构件。

　　以往国内生产Q345B无缝管普遍应用的是C-Mn成分设计思路，这就需要在生产30mm~35mm Q345B无缝管时通过调节钢中锰含量来改变综合性能。但当锰含量提高至屈服强度满足要求时，会出现延伸率不合格的现象；而降低锰含量至延伸率满足要求时，会出现屈服强度不合格的现象，这就会导致板材合格率较低，造成较大经济损失。针对以上问题，我国某钢企研究人员进行自主开发，通过对Q345B无缝管的成分设计和工艺优化，摒弃传统C-Mn成分的设计路线，提出了全新的钛微合金化Q345B设计思路，生产出的Q345B无缝管各项理化指标完全符合要求，取得了良好效果，获得了较好的经济效益。
　　试验方案

　　钛强化机理。钛是强碳化物形成元素，和氮、氧、碳都有极强的亲和力。另外，钛和硫的亲和力大于铁和硫的亲和力，因此在含钛钢中优先生成硫化钛，降低了生成硫化铁的几率，可以减少钢的热脆性。钛与氮形成的碳化物结合力极强、极稳定、不易分解，只有当加热温度达1000℃以上时，才开始缓慢地溶入固溶体中。在未溶入前，TiN微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用。钛是极活泼的金属元素，钛还能与铁和碳生成难溶的碳化物质点，富集于钢的晶界处，阻止钢的晶粒粗化，钛也能溶入γ和α相中，形成固溶体，使钢得到强化。在奥氏体中析出的TiN粒子由于Ostwald熟化而长大，粒子粗化动力学可由Wagner等式来描述。
　　上述分析说明，钛加入量过多，易形成粗大的Ti（C，N）夹杂物，可能对钢的韧性不利。在保证性能要求的前提下，尽可能按下限控制钛含量。这样既能达到控制晶粒度，减少钢中夹杂物，提高钢材质量的目的，又可以降低成本。
　　化学成分设计。锰可以改变钢相变后的微观组织，提高韧性、降低韧脆转变温度；但锰含量过高会引起中心偏析和各向异性，对于连铸机无电磁搅拌与轻压下的情况，为减少锰的中心偏析和各向异性，锰含量应该较原设计降低。碳是低碳钢中传统经济的强化元素，钢的强度随碳含量的增加而提高，降锰后提高碳含量可以弥补因为碳含量降低而损失的屈服强度。不同钛含量对力学性能的影响如图1所示。
　　钛含量小于0.045%时，随着钛含量的增加，铁素体晶粒细化；钛含量超过0.045%后，细化晶粒的作用不明显；钛微合金化钢的强化机理主要是细晶强化和TiC的沉淀强化。在综合考虑产品性能和冶炼成本的基础上，将Q345B钢中的锰含量目标值由原来的1.40%降低至0.95%，加入0.04%左右的钛，提高0.01%的碳，其他元素含量保持原Q345B无缝管的设计。Q345B钢的冶炼成分设计见表1所示，力学性能要求见表2所示。
　　工艺设计。钛微合金化Q345B无缝管的生产流程为：铁水罐→120吨转炉冶炼→LF精炼→全程保护浇铸→板坯精整→板坯加热→控制轧制→成品。
　　冶炼采用120吨顶底复吹转炉，冶炼周期为38分钟~48分钟之间，其中供氧时间为14分钟~16分钟，出钢采用双挡渣操作。全程底吹氩，终点压枪操作，确保转炉终点钢水[C][O]积在平衡值附近；出钢前测温、取样分析钢中化学成分，终点温度为1620℃~1680℃。
　　精炼时间为30分钟~35分钟，钢包出精炼位后软吹氩时间5分钟~8分钟，连铸中包钢水过热度在10℃～25℃的范围内。钛铁必须在钢液用铝充分脱氧后才能加入，因为钛和氧有着很强的亲和力，否则形成的氧化钛将降低有效钛的含量，减小随后钛的沉淀强化和细化晶粒的作用。钛的收得率大于63%~68%。
　　浇注采用立弯式连铸机，大包开浇后，在中包10吨、14吨时测温，正常浇铸时钢水的过热度按25℃～35℃控制。保护浇注：控制好密封氩气流量，加好中间包覆盖剂并且每浇铸五炉钢中间包进行排渣操作。
　　为避免钛合金钢产生热装裂纹，要求铸坯下线堆冷4小时，检验合格后供轧。
　　钛微合金化有助于提升钢种性能
　　显微组织。研究人员观察在光学显微镜下观察到的同一厚度原成分与钛微合金化的钢板距离边部1/4厚度处纵截面典型的显微组织发现，组织均以铁素体+珠光体组成，钛微合金化晶粒度为9.5~10.5级，原成分的晶粒度为8.2~8.5级。使用钛微合金化的钢板晶粒度较小，证实钛具有明显的细化晶粒的作用，从而提高钢的强度和韧性。
　　力学性能。按国标GB2975-1982钢材力学及工艺性能试验取样规定以及国标GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法对钢带进行了力学性能检测，拉伸试验，试验全部规格取横向试样。钛微合金化性能。
　　
　　通过试验，研究人员发现，采用钛微合金化技术生产的Q345B无缝管屈服强度在350MPa~423MPa，抗拉强度496MPa~557MPa，伸长率24.5%~29.5%。性能均匀稳定完全满足使用要求。钛微合金化Q345B的组织均以铁素体+珠光体组成，晶粒度为9.7~9.8级，晶粒均匀、细小；钛具有一定的细化晶粒的作用。此外，进行钛合金化后，综合性能合格率达到100%。