欧标S355系列钢板的研制与开发

李惠娟，孙国庆，王佩鑫（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津，300301）



欧标S355系列钢板的研制与开发

李惠娟，孙国庆，王佩鑫
（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津，300301）

[摘要]为了满足市场需求，在S355系列钢板的标准要求基础上，根据不同质量级别的要求设计化学成分，严格控制炼钢和连铸工艺，实现了碳元素的窄成分控制，通过控制轧制工艺及轧后钢板的热处理，成功研制开发出欧标S355系列钢板，具有优良的内部组织。熔炼分析和金相检验表明，钢板夹杂物含量较少，晶粒均匀细小，综合性能优异，能够符合标准要求。

[关键词]欧洲标准；产品；窄成分；微合金化；正火

修回日期：2015-04-10

1　引言

欧标S355系列钢板执行EN 10025-2：2004标准，符合此标准的产品在获得生产制造权后可在钢铁产品上标注“CE”标识。该系列钢板主要用于制造要求强度更高、成型性更好和性能稳定的机械制造、车辆、化工设备等各种设备的结构，大型厂房钢结构，重要工程及桥梁结构等，在欧洲国家有较大市场需求，特别是2014年以来，要求正火态（+ N）交货的客户增多，因此，为了满足市场需求，天钢研发了S355系列钢板，以正火状态交货。

2　工艺流程与成分设计

2.1工艺流程

S355系列板材采用的生产工艺流程为：铁水寅转炉冶炼寅LF炉精炼寅板坯连铸寅板坯检验寅加热炉加热寅高压水除磷寅轧制寅冷却寅矫直寅堆冷寅精整寅正火寅检验寅成品入库。

2.2成分设计

标准中明确规定了S355系列钢板各质量等级的化学成分和性能的具体要求，该钢种共有JR、J0、J2和K2四个质量级别，可采用轧制（+ AR）、正火轧制（+N）和热机械轧制（TMCP）3种轧制工艺。

根据标准要求，其化学成分设计思路为低碳、增锰以及添加微合金元素铌。考虑到产品焊接性能、冲击韧性和保证产品性能稳定，设计降低碳含量并控制较窄含量范围；为了保证钢板强度，设计提高锰含量，并添加了微合金元素铌；为了减少中心偏析，设计硫含量较低。铌元素在钢中的作用是通过细化晶粒和沉淀强化，从而提高钢的强度，同时改善钢的韧性。铌元素在钢中与氮、碳有极强的亲和力，在钢中可与碳和氮形成稳定细小的NbC、NbC0.87、NbN和Nb（CN）等中间相，抑制奥氏体晶粒的长大；在轧制过程中可提高奥氏体再结晶温度，抑制其再结晶，起到细化晶粒提高强度的作用；铌在铁素体中沉淀析出，提高钢的强度[1]。

根据各质量等级的性能要求和成分要求，确定了4个牌号的化学成分，见表1。

表1　S355系列钢的设计化学成分　/%

3　工艺要点控制

3.1转炉冶炼

转炉冶炼控制的关键是严格控制终点碳含量，确保较低的S含量，保证钢水的纯净度，防止钢水氧化性过强。冶炼过程中采用钢芯铝脱氧，终点钢水含氧量较低；采用低碳锰铁进行合金化，有利于控制碳的增量。转炉冶炼的指导性出钢条件为：C逸0.08%；P臆0.012%，残余元素符合标准要求；出钢温度为1 650耀1 680益。生产中钢水成分控制在要求范围内，为确保钢材最终性能创造良好条件。

3.2 LF精炼

LF精炼过程的关键是控制白渣精炼时间和后期的软搅拌强度。钢水进站后进行底吹氩，根据钢水情况，适当补充渣料，制定合理的吹氩制度，选择合适的电压、电流快速化渣，渣化好后，进行测温、取样。分期分批加入精炼渣料和还原剂，尽快形成白渣。白渣形成后，根据情况调整成分，白渣精炼时间逸15 min。在调整成分后要求软吹氩时间逸8 min，以保证温度的均匀和细小夹杂物充分上浮。

3.3板坯连铸

铌钢在高温时会沿奥氏体晶界析出碳氮化铌等沉淀物，产生晶间断裂，同时，钢水过热度越高，连铸坯的中心偏析越严重，所以需要添加冷却剂降低钢水浇注温度，使其在低过热条件下浇注，获得中心等轴晶粒组织，减少裂纹和偏析；二冷区冷却不均匀也可致使铸坯产生横裂[2]，因此采取合理的过热度及二次冷却制度控制是铌钢板坯连铸生产的重要环节，决定着连铸坯质量。

经过计算，确定生产过程中具体控制参数：连铸过程采用全程保护浇铸，以防止钢水二次氧化；浇铸过程保持稳定拉速，以保证组织均匀和铸坯表面质量，根据规格不同设置拉速范围为1.0~1.6 m/min；S355系列钢的液相线温度为1 513益，中间包采取较低过热度，实际生产时按20益控制；二冷区采用弱冷，以避免Nb（C、N）大量析出，从而有利于消除裂纹。

3.4板材轧制

3.4.1加热工艺

3.4.2轧制工艺

利用微合金化和控制轧制有机结合，能够更好地发挥微合金的作用，轧制工艺参数对碳氮化物的析出行为影响很大，从而影响铌钢的性能。一般轧制变形量越大，Nb（C、N）析出量越多，平均半径越大[3]；降低终轧温度，可以促进Nb（C、N）的析出，有利于提高强度[4]。

轧制分为两个阶段：

（1）粗轧阶段：粗轧阶段应尽可能加大轧制力、轧制扭矩和轧制单道次压下量，以加强钢板的变形渗透，使钢板的心部发生充分的变形，减少表面和心部变形的差异，减轻心部偏析，为保证单道次变形量大于奥氏体临界变形量，每道次压下率（除横轧道次外）不得小于12%。

（2）精轧阶段：精轧过程在未再结晶区进行，因此根据现场生产经验确定不同规格中间坯的精轧开轧温度为860~910益，终轧温度为820~840益。为了在精轧阶段达到足够的累积变形量，应根据成品的厚度确定中间坯的厚度，一般要求变形量不低于60%。

3.4.3冷却工艺

选择AI-2活性变化趋势明显的28份标本送检，所有送检样本中均检出了表葡菌中有luxS表达；治疗前高于正常对照组（P＜0.05），治疗后luxS表达下降，与治疗前相比（P＜0.05）；治疗后与正常对照组差异无统计学意义（P＞0.05），见图5。

冷却过程中，应做到有效地抑制奥氏体再结晶后晶粒的成长，阻止或延迟碳化物过早析出[5]。对于添加微合金元素铌的钢，较大的过冷度，可以使析出物弥散细小，细化晶粒?，既可以提高钢的强

度，又可以改善钢材的韧性和塑性。晶粒细化，晶界增多，阻止裂纹扩展能力增强，因而强韧性提高。经过分析，认为终冷温度控制在720~760益较为合理。

3.5正火处理

正火处理时，将钢加热至Ac3或Acm以上30~50益，保温一段时间后，在空气中冷却，其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，消除在锻、轧后的组织缺陷，改善钢的机械性能。经过计算后确定S355钢板的正火处理温度为（910依15）益，保温时间为钢板厚度+30 min。

4　产品质量

2014年，天钢采用以上工艺生产S355系列钢板达1万余吨，主要出口至欧洲国家，用户反应较好，其熔炼成分、金相组织、力学性能和冲击性能检验结果统计如下。

4.1化学成分

钢板的熔炼分析结果见表2。

表2　S355J2+N钢板的主要化学成分　/%

由表2可见，钢板的碳元素含量控制在0.15% ~0.18%之间，波动范围较小，成分稳定，同时实现了碳元素的窄成分控制；各种元素均控制在设计范围内，符合标准要求。

4.2低倍检验

板坯表面质量良好，无表面夹杂、裂纹等缺陷。铸坯低倍检验情况较好，偏析现象不明显，出现频次较低，没有其它影响使用的缺陷，为板材轧制创造了良好的条件。

4.3金相检验

金相检验结果见图1和图2。

图1　1/4厚度处夹杂物评定

图2　1/4厚度处金相组织

4.3.1夹杂物分析

由图1可以看出，试样中A类夹杂，1.0级，D类夹杂0.5级，未见其它类型夹杂。生产实践表明，通过炼钢工序严格的过程控制，板材的夹杂物含量较少，其中对冲击性能影响较大的A类、D类夹杂等均控制在1.0级以下，满足产品标准要求。

4.3.2金相组织分析

由图2可以看出，试样1/4厚度处组织为典型的铁素体+珠光体组织，晶粒度为9级，带状较轻，组织均匀，钢板内部质量较好，从而保证了获得良好的机械性能。

4.4力学性能

16~40 mm厚钢板的性能检验统计结果见表3。

表3　S355J2+N钢板的性能

检验结果表明，钢板的屈服强度为355~380 MPa，抗拉强度为520~575 MPa，两者的波动较小，均有良好的强韧性匹配，断后伸长率为25% ~33%，冲击功为100~120 J，产品性能稳定，符合标准要求。

5　结论

按照标准要求，依据再结晶和相变理论，确定了S355系列钢板采用Nb微合金化的化学成分设计。根据成分设计及实际生产条件，制定了合理的控制轧制及轧后热处理的工艺路线。试验结果表明，S355系列钢板实物质量较好，钢板夹杂物较少，带状较轻，性能均匀稳定，各项性能指标均达到欧标EN 10025-2：2004要求，可满足客户要求。

参考文献

[1]齐俊杰，黄运华援微合金化钢[M].北京：冶金工业出版社，2006：45-49援

[2]魏励，杨海滨援连铸含铌钢板坯表面横裂纹原因分析和措施[J].中国冶金，2008，18（2）：19-20援

[3]李鸿美，曹建春援含铌微合金钢碳氮化物析出行为的研究现状与展望[J].材料导报，2010（17）：84-86援

[4]薛春芳，王新华援控轧控冷工艺对含铌微合金钢组织性能的影响[J].热加工工艺，2003（3）：25-26援

[5]郗九生，刘全明援新一代TMCP技术发展及应用[J].甘肃冶金，2014，36（2）：41-42援

Research and Developm entofS355 SeriesSteelPlateby European StandardLIHui-juan,SUN Guo-qingand W ANG Pei-xin

(Technology CenterofTianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractIn orderto meetthe demand by the market,on basis ofrequirementofS355 series steelplate standard,Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.redesigned chemicalcomposition according to requirements on differentquality level,strictly controlled steel-making and continuous casting process and achieved the controlover narrow ranged composition of carbon element.By controlling rolling process and plate heat treatment after rolling,S355 series steel plate with good internal structure in compliance with European Standard wassuccessfully developed.Melting analysis and metallographic inspection showed the steelplate, havingfew inclusionsand uniform and finegrain,excelled atcomprehensiveproperties.

Key wordsEuropean Standard；product;narrow rangecomposition;microalloying;normalization

收稿日期：2015-03-15

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.004

作者简介：李惠娟（1983—），女，河北唐山人，硕士，工程师，主要从事产品标准和工艺技术方面的研究工作。