Q390 鋼級(jí)是一種使用較為廣泛的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，具有焊接性、冷、熱加工性能和耐蝕性能等綜合力學(xué)性能較好的特性，其性能以低屈服強(qiáng)度不低于 390MPa 為基本條件，隨其等級(jí)的提高，分為 A、B、C、D、E 五個(gè)等級(jí)，其中 C 級(jí)是 Q390 強(qiáng)度級(jí)使用比較廣泛的等級(jí)。低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q390C 是工程中常選用的牌號(hào)，并隨著使用條件要求的提高，對(duì)材料的等級(jí)相應(yīng)提高，國(guó)內(nèi)在開發(fā)該鋼種中通常成分上采用微合金處理，在微合金的使用上以 V、Al、Nb 一相或多相復(fù)合金為主，在軋鋼環(huán)節(jié)以控軋控冷處理以獲得足夠的強(qiáng)度和韌性，降低鋼材的時(shí)效性，提高焊接性和降低焊接對(duì)強(qiáng)度和韌性的影響為研究方向，滿足標(biāo)準(zhǔn)和下游用戶的使用要求。鋼管公司對(duì) Q390C 熱軋卷板有需求并用于制造熱力水管。為此，公司根據(jù)該鋼種技術(shù)性能要求, 進(jìn)行了研制開發(fā)，并批量軋制了 390C熱軋卷板。

1、Q390C 化學(xué)成分及性能要求

牌號(hào) Q390C 按 GB/T 3274 《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼熱軋鋼板及鋼帶》執(zhí)行，Q390C低合金結(jié)構(gòu)鋼中要求有害雜質(zhì)含量較低，純潔度和化學(xué)成分均勻性較高。以規(guī)定低屈服強(qiáng)度為主要特征，并具有一定的綜合力學(xué)性能和工藝性能，其化學(xué)成分要求如表1 所示。熱軋后鋼板及鋼帶標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼板以熱軋態(tài)狀態(tài)交貨, 其性能以 GB/T1591 《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》為基礎(chǔ)，力學(xué)性能及工藝性能見表 2。

2、化學(xué)成分設(shè)計(jì)思路

Q390C 與 Q345C 屬于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼, 八鋼已成功生產(chǎn) Q345C 熱軋鋼卷十幾萬(wàn)噸 , 工藝成熟，產(chǎn)品綜合合格率很高。 Q390C 與 Q345C 相比, 屈服強(qiáng)度要求提高 35MPa, 抗拉強(qiáng)度要求提高20MPa,伸長(zhǎng)率可以降低 1%, 常溫沖擊功與Q345C 要求相同。但用戶為制管用途，要求下屈服強(qiáng)度在原標(biāo)準(zhǔn)不小于 390 MPa 基礎(chǔ)上將下屈服強(qiáng)度提高至420MPa。因此根據(jù)熱軋工藝特點(diǎn), 在 Q345C 基礎(chǔ)上提高屈服強(qiáng)度 75 MPa，且保證塑性下降不大, 必須通過(guò)微合金強(qiáng)化的工藝路線及調(diào)整熱軋工藝來(lái)提高力學(xué)性能。

碳是鋼中經(jīng)濟(jì)、基本的強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用對(duì)提高鋼的強(qiáng)度有明顯的作用。錳是通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，且錳還是擴(kuò)大γ 相區(qū)的元素，可降低鋼的γ→α 相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。錳含量通常不超過(guò) 1.6%，否則在冷卻時(shí)，在 0.10%C 鋼中轉(zhuǎn)變產(chǎn)生貝氏體，而不是鐵素體 - 珠光體。鈮是主要的微合金元素之一，對(duì)晶粒細(xì)化的作用十分明顯。通過(guò)熱軋過(guò)程中碳的應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)控制軋制和控軋冷卻使精軋階段非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時(shí)獲得細(xì)小組織，以保證鋼具有高強(qiáng)度和高韌性。按照標(biāo)準(zhǔn)要求, 為了保證終產(chǎn)品性能, 結(jié)合生產(chǎn) Q345C 軋鋼生產(chǎn)工藝特點(diǎn), 確定了 Q390C 的成分設(shè)計(jì)（見表 3）。

3、冶煉和熱軋工藝設(shè)計(jì)

3.1 、煉鋼工藝

為有效控制鋼中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù), 須嚴(yán)格控制入爐鐵水 S 的質(zhì)量分?jǐn)?shù), 要求鐵水脫硫預(yù)處理后,滿足[S]≤0.015%，溫度≥1250℃；嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐再吹次數(shù)，不應(yīng)超過(guò) 2 次。全程吹氬；終點(diǎn)控制目標(biāo)［C］≥ 0.05％，［P］≤0.015％，［S］≤0.025%，溫度 1620～1690℃；出鋼目標(biāo)時(shí)間 t≥4.0min，必須嚴(yán)格擋渣，轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼包鋼水回磷量不大于 0.003%；LF 爐精煉：LF 爐脫硫、去夾雜、鋼水成分調(diào)整、溫度調(diào)整。喂絲后保證軟吹時(shí)間≥8min。

3.2、連鑄工藝

連鑄采用全程氬氣保護(hù)澆注，保護(hù)渣和中包覆蓋劑型號(hào)根據(jù)鋼種特性由煉鋼生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)確定；連鑄開澆第一爐中包過(guò)熱度≤45℃，連澆爐次中包 TD 過(guò)熱度不大于 30℃，液相線溫度為 1515℃；固相線溫度為 1466℃。連鑄冷卻方式采用弱冷配水曲線，拉速 1.30m/ min；采用輕壓下技術(shù), 提高鑄坯質(zhì)量。

3.3、熱軋軋制工藝

熱軋 TMCP 技術(shù)包括控制軋制和軋后的加速冷卻。一方面要控制加熱溫度、軋制溫度、軋制變形時(shí)的壓下量，還要在此基礎(chǔ)上控制軋制后的冷卻速率。這樣不僅僅可以獲得一些細(xì)小的鐵素體或者奧氏體晶粒，獲得更優(yōu)異的材料力學(xué)性能。為保證 Nb 的析出強(qiáng)化效果, 鑄坯出爐溫度控制在 1150～ 1210℃；終軋溫度控制在 840～880℃ ；層流冷卻采用稀疏冷卻模式, 卷取溫度控制在 610～650℃，嚴(yán)格控制除鱗水壓力, 確保除鱗效果。

4、試制結(jié)果分析

4.1 試制實(shí)際化學(xué)成分

統(tǒng)計(jì)了 Q390C 成分控制情況，各元素含量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，化學(xué)成分范圍見表 4 。主要成分含量分布見圖 1。

4.2軋制工藝參數(shù)

根據(jù)八鋼 1750熱軋機(jī)組工況條件，設(shè)計(jì)了軋制9.1mm 及 10.9mmQ390C 的工藝參數(shù)：（1）連鑄坯均熱溫度目標(biāo)設(shè)定為 1170 士 30℃；（2）精軋終軋溫度 FDT 目標(biāo)設(shè)定 860 士 20℃；（3） 連軋后采用稀疏冷卻,卷取溫度CT 設(shè)定630 士 20℃。表 5為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際軋制部分鋼卷工藝參數(shù)。

熱卷箱采用直通模式生產(chǎn)，精軋六機(jī)架均使用， 精除鱗采用雙除鱗模式，各機(jī)架負(fù)荷分配及活套設(shè)定均由模型設(shè)定。精軋軋制力及電流情況均完全滿足設(shè)備能力要求。卷取目標(biāo)溫度設(shè)定為 630℃，冷卻模式為 6/7，前段密集快冷，第一區(qū)不開。成品寬度精度和厚度精度控制良好，表 6 為部分鋼卷尺寸精度控制情況。

4.3、Q390C 熱軋板卷的組織和夾雜分析 

  對(duì)試制厚度 10.9mm Q390C 熱軋板按國(guó)標(biāo)GB/T10561- 2005方法進(jìn)行抽檢鋼中 A、B、C、D 類非金屬夾雜物級(jí)別檢驗(yàn)，結(jié)果均小于 2.0 級(jí)，鋼質(zhì)純凈，滿足技術(shù)條件的要求。金相試樣按照標(biāo)準(zhǔn)方法制樣，試樣經(jīng)打磨拋光后，用 4%的硝酸溶液腐蝕，在金相顯微鏡下觀察帶鋼微觀組織，組織為鐵素體 + 珠光體，晶粒度 10 級(jí)。

4.4、軋制 Q390C 力學(xué)性能結(jié)果和分析

Q390C 熱軋卷板的拉伸性能及各向異性

為了檢測(cè)試制 Q390C 熱軋卷板的各向異性，對(duì)試制的 Q390C 熱軋卷板取樣，分別進(jìn)行了橫向、縱向、45 方向的力學(xué)拉伸。檢驗(yàn)結(jié)果如表 7 所示。結(jié)果表明，三個(gè)方向均表現(xiàn)出高的強(qiáng)度，橫向的強(qiáng)度高，而縱向和 45 度方向強(qiáng)度相當(dāng)。各向異性特征不是特別明顯。

5、結(jié)論

1、研制開發(fā)的 Q390C 熱軋卷板具備優(yōu)良的微觀組織及穩(wěn)定的力學(xué)性能，其力學(xué)性能和工藝性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和用戶特殊要求。表明 Q390C 熱軋卷板的成分設(shè)計(jì)、工藝流程合理，制造的熱力水管尺寸精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、綜合成材率高。

2、試制生產(chǎn)的 Q390C 熱軋卷板，組織為均勻的鐵素體 + 珠光體, 晶粒細(xì)小，夾雜物級(jí)別較低。

3、Q390C 熱軋卷板強(qiáng)度存在各向異性，橫向強(qiáng)度相對(duì)較高，- 40℃以上夏比沖擊功各向異性不明顯。并具有較好的低溫沖擊韌性，縱向 - 40 C 的夏比沖擊功可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從試驗(yàn)結(jié)果看在該成分體系和組織控制良好的基礎(chǔ)上，可滿足 E 級(jí)鋼級(jí)的沖擊試驗(yàn)要求。

高強(qiáng)卷板    Q390C        9.75  1500 22.93 噸    安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        9.5    1500 28.308 噸  安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        7.75  1500 80.993 噸  安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        7.5    1500 54.462 噸  安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        5.5    1500 13.46 噸    安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        4.75  1500 90.088 噸  安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        4.5    1500 81.348 噸  安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        11.75          1500 33.938 噸  安陽(yáng)  安鋼

高強(qiáng)卷板    Q390C        11.5  1500 64.326 噸  安陽(yáng)  安鋼