Q345B钢的性能及应用情况分析

Q345B钢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普遍应用的是C-Mn成分设计思路，这就需要在生产30mm~35mm Q345B热轧板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。
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钢的设计。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钢的生产流程为：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。

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司结构钢事业部
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