铌微合金化出口H型钢的质量控制Qualitycontro

138铌微合金化出口H型钢的质量控制潘国平闻玉胜宋强喻能利（马鞍山钢铁股份有限公司）摘要：介绍了马钢按美国标准生产铌微合金化出口H型钢的质量控制技术，分析了产品的实物质量水平，对质量改进作了探讨。关键词：H型钢质量控制铌QualitycontrolofexportedHbeamandMicroalloyedNiobiumPanGuopingWenYushengSongQiangYUNengli（MaanshanironandsteelCo.Ltd）ABSTRACTThispaperintroducethequalitycontroltechnologyforexportedHbeamandmicroalloyedNiobiumproducedbyMagangunderAmericanstandard,AnalyzethequalitystatusofMagangproduct,discussonthequalityimprovementmeasures.KEYWORDSHbeamQualitycontrolNiobium1前言马钢热轧H型钢厂于98年9月正式投产，其主要设备由德国曼内斯曼德马克（DEMAG）公司、西门子（SIEMENS）公司和美国依太姆（ITAM）公司提供，具有二十世纪九十年代世界先进水平。可生产腹板高200mm～700mm的H型钢和高200mm～400mm的H型钢桩、剖分T型钢以及U型钢板桩、球扁钢、L型钢等大型型钢，品种规格较为齐全，一期工程年设计生产能力60万吨。投产以来，随着产品产量的增加和质量的不断提高，实物质量已经达到国外同类产品的先进水平，具备参与国际市场竞争的能力。本文试就马钢按美标生产的H型钢的质量控制作一分析。2马钢企业内控标准美标生产的H型钢的技术要点在于要同时满足ASTMA36-97a、ASTMA572（G50）-97c、ASTMA992-98三个标准的化学成分和力学性能要求（见表1、表2）；规格、外形尺寸、重量偏差、试验规则需满足ASTMA6-98的要求。为保证实物质量，满足上述标准的要求，马钢制定了技术条件代号“SZ/MG019-2000”企业内控标准，它覆盖了上述4个ASTM标准，在公司内部美标H型钢以牌号MA345运行。马钢内控标准（SZ/MG019-2000）同我国现行国家标准GB/T1591-94“低合金高强度结构钢”和GB/T11263-98“热轧H型钢和剖分T型钢”相比有一些显著特点：（1）内控标准(SZ/MG019-2000)对H型钢化学成分控制更为严格，规定了微合金元素139Nb的含量和碳当量的控制上限（Ceq≤0.38%）；（2）对H型钢力学性能规定了控制范围，同时规定屈强比≤0.85；（3）对尺寸偏差、表面质量的控制比照美标和国标的相关要求采取“从严不从宽”的原则。表1美标与马钢内控企业标准化学成分比较（%）标准号CMnSiPSNbCeqASTMA992-98≤0.230.5～1.5≤0.40≤0.035≤0.045≤0.05≤0.45ASTMA36-97a≤0.26--≤0.40≤0.040≤0.05----ASTMA572（G50）-97c≤0.23≤1.35≤0.40≤0.040≤0.050.005～0.05--SZ/MG019-20000.10～0.151.1～1.3≤0.30≤0.035≤0.0400.02～0.04≤0.38GB/T1591-94（Q345B）≤0.231.0～1.6≤0.55≤0.040≤0.0400.015～0.06--表2美标与马钢内控企业标准力学性能比较标准号冷弯σs／MPaσb／MPaδ1）／％σs／σbAkv／J（常温）ASTMA992-98345～450≥450≥21≤0.85-ASTMA36-97a≥250400～550≥21--ASTMA572(G50)-97c≥345≥450≥21--SZ/MG019-2000345～450450～550≥21≤0.85-GB/T1591-94(Q345B)合格≥345470～630≥21-≥341）按美标拉伸标距2英寸（50.8mm）H型钢全部采用连铸异型坯为原料。连铸钢水由50吨LD转炉采用S≤0.04%的铁水，高拉一次补吹法初炼，挡渣出钢；炉外采用合金微调精炼技术，要求将钢水成分控制在C：0.10～0.15、Si：0.15～0.25、Mn：1.10～1.30、S≤0.030、P≤0.030、Nb:0.02～0.03。精炼的钢水经异型/矩型坯连铸机浇注成二种规格的异型坯。根据钢种的特点，采用钢包保护浇注，选用性能适宜的结晶器保护渣，结晶器弱冷，优化二冷制度，严格控制中间包过热度等技术，避免铸坯裂纹和夹杂缺陷的产生。连铸坯表面缺陷经火焰清理后方可入炉加热轧制。连铸异型坯经步进梁式加热炉加热，17MPa的高压水除磷后送入轧制区。由一架Φ1200mm二辊可逆式开坯机对异型坯采用腰部收缩轧制法或缘部收缩轧制开坯轧制后，经一架Φ1400mm万能轧机和一架Φ950mm轧边机组成的串列式万能粗轧机组粗轧，最后经一架Φ1400mm万能精轧机组轧制成成品。轧件的最大长度可达120m。轧件经测长测温在6m～24m的范围内由三台Φ2200mm热锯机完成热锯，切成定尺或倍尺后进入宽60m、长38m步进梁式冷床均匀冷却，再由一架1200mm～2200mm9辊变节距悬臂式矫直机进行矫直。经质量检验后，贴上标识，用钢带打捆、称重、挂标牌入库、发货。1403美标H型钢的实物质量随机连续统计了美标生产的99炉W24×84H型钢的实物质量，与美标和马钢内控标准作了比较（见表3）。又采用了ISO9000标准统计技术软件[1]分别作了H型钢碳当量（Ceq）的直方图（图1），屈服强度（σs）直方图（图2），抗拉强度（σb）直方图（图3），屈强比（σs／σb）直方图（图4），并与美标进行了比较。结果表明：表3美标H型钢质量水平对比表1)标准水平指标ASTMA992-98ASTMA36-97aASTMA572(G50)-97cSZ/MG019-2000实物质量水平C/%≤0.23≤0.26≤0.230.10～０.150.120.10～0.15Si/%≤0.40≤0.40≤0.40≤0.300.210.12～0.26Mn/%0.5～1.5－≤1.351.1～1.31.221.12～1.29P/%≤0.035≤0.040≤0.040≤0.0350.0240.014～0.035S/%≤0.045≤0.05≤0.05≤0.0400.0230.014～0.035Nb/%≤0.05－0.005～0.050.02～0.040.0330.020～0.046Ceq/%≤0.45－－≤0.380.3340.310～0.365σs/Ksi50～65≥36≥5050～655754～61σb/Ksi≥6558～80≥6565～807368~78δ5/%≥21≥21≥21≥2129.525.8～33.4σs/σb≤0.85－－≤0.850.780.73～0.82XTu=0.16101881625220510152025300.090.100.110.120.130.140.150.16C含量/%频数Cp=2.46图1W24×84H型钢碳（C）含量直方图样本数K=99；平均值X=0.12%；标准偏差S=0.014141X10143412011720102030400.280.300.320.340.360.38碳当量（Ceq）/%频数图2W24×84Ｈ型钢碳当量（Ceq）直方图样本数K=99；平均值X=0.32%；标准偏差S=0.018Tl=345XTu=450Cp=1.59636510201262010203040369376383390397404411418425432屈服点(σs)/MPa频数图3W24×84Ｈ型钢屈服点（σs）直方图样本数K=99；平均值X=395MPa；标准偏差S=1.57Tl=450XTu=550Cp=1.3315124018139101020304050461471481491501511521531541551抗拉强度（σb)/MPa频数图4W24×84Ｈ型钢抗拉强度（σb）直方图样本数k=99；平均值X=505MPa；标准偏差S=1.88Tu=0.38142XTu=0.85Cp=1.3514238272520102030400.7150.7450.7750.8050.835屈强比（σs/σb)频数图5W24×84Ｈ型钢屈强比（σs／σb）直方图样本数k=99；平均值X=0.78；标准偏差S=0.016（1）马钢以牌号MA345运行的美标H型钢属低合金高强度结构钢，其化学成分的控制在传统的12Mn的基础上添加了细化晶粒、改善焊接性能的微量合金元素铌（Nb），其含碳量较低，碳当量控制范围较窄，具有良好的可焊性，既可满足对焊缝金属和焊接热影响区的要求，又保证了其较好的韧性。（2）P含量较低，分别平均在0.024%，有利于提高塑性、冷弯性能及具有较低的冷脆倾向。（3）屈强比在0.73～0.82之间，平均达0.78。从工程的意义上讲，屈强比越大，越能发挥钢的潜力，减少所用钢材的截面，一般认为热轧低合金高强度结构钢的屈强比在0.65～0.75之间[2]，马钢美标H型钢的屈强比虽略高于上限，但由于添加了适量的铌及轧制工艺的特点，其延伸率平均达到29.5%，良好的韧性和较高的屈强比使马钢生产的美标H型钢既具有承受较大静载荷的性能，又具有在变载荷的情况下有较高的疲劳极限。（4）从图1~图5对美标H型钢的化学成份、性能的统计分析，与美国标准相比，其过程能力指数均在1.33以上，过程能力充分。（5）产品外形控制尺寸状况良好。对随机抽取W21×44的H值和W24×55的B值进行过程控制分析,两规格的工序能力指数分别为1.51和1.41，工序能力充分，工序处于良好控制状态(图6、图7)。524.0525.0526.012345678910111213平均值012312345678910111213样本序号极差图6W21×44H型钢腹板高度（H值）平均值—极差控制图Cp=1.51；样本组数K=13；每组样本数n=4UCLCLLCLUCLCL143175.5177.5179.5135791113平均值0.52.54.5135791113样本序号极差图7W24×55H型钢翼缘宽度（B值）平均值—极差控制图Cp=1.41；样本组数K=13；每组样本数n=44几种典型质量缺陷的控制（1）连铸异型坯腹板纵裂纹。美标H型钢的冶炼废品中，裂纹废占60%以上。此种裂纹主要是连铸异型坯腹板纵裂纹而引起的。马钢通过组织了专项质量攻关，有效地控制了该类质量缺陷。美标H型钢MA345属低合金结构钢，其含碳量在0.10%～0.15%，在铁碳相图上，正处于裂纹敏感区，钢的成分对热传导有强烈影响，而钢水的热传导直接影响到结晶器内坯壳的生成。据报道，实测的热流（H0）与钢含碳量的关系表明：最小的热流（H0）发生在含碳量在0.12%处。根据钢水热流（H0）与结晶器内坯壳（S）的关系式：S=0.1555.00H，钢种MA345在结晶器内形成的坯壳较薄，在受到热应力或机械应力的作用下，更宜产生裂纹；同时在该钢种含碳量所属区域中，结晶器内坯壳表面较粗糙，这种粗糙使坯壳与结晶器壁的接触不良而导致坯壳局部收缩形成凹坑，从而增大铸坯裂纹、夹渣等质量缺陷。由于工字型异型坯的断面特点和采用双水口注入钢水的浇注方式，导致了异型坯腹板处的坯壳承受较强的坯壳横向收缩的拉应力，同时两股注入结晶器内的钢流在腹板中心部位易产生紊流现象，引起此处初生坯壳厚度的不均匀和夹杂的沉淀，从而引发纵裂。针对MA345钢连铸异型坯易产生裂纹的原因，生产厂优选了连铸保护渣的性能和改善结晶器冷却，实现结晶器“弱冷”，减少初生坯壳裂纹的形成；优化二冷配水，控制矫直温度，避免了裂纹的扩展；加强结晶器水口位置的控制等，从而使裂纹废控制在较低水平。（2）H型钢矫裂废品美标H型钢厂内技废中矫裂废占22.8%，其中W2