Q345B是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的一種，在我國(guó)工程建筑設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用，在結(jié)構(gòu)鋼中的比重逐年遞增，市場(chǎng)前景及其廣闊。本篇冶金論文研究Q345B鋼鑄坯高溫力學(xué)性能，可以為該鋼種連鑄生產(chǎn)提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有利地指導(dǎo)了生產(chǎn)實(shí)踐。

　　推薦期刊：《中國(guó)鋼鐵業(yè)》(月刊)2003年創(chuàng)刊，是國(guó)內(nèi)唯一全面、綜合反映中國(guó)鋼鐵工業(yè)情況的專業(yè)期刊，是中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)刊。期刊堅(jiān)持為企業(yè)服務(wù)、為鋼鐵產(chǎn)品用戶服務(wù)的根本宗旨，充分發(fā)揮其工作導(dǎo)向性，政策導(dǎo)向性，技術(shù)導(dǎo)向性和市場(chǎng)導(dǎo)向性作用，努力反映中國(guó)鋼鐵行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、技術(shù)進(jìn)步、行業(yè)發(fā)展，傳遞鋼鐵市場(chǎng)信息等最新情況，有權(quán)威性和影響力。期刊欄目有特別報(bào)道、專家論壇、產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)、產(chǎn)經(jīng)透視、熱點(diǎn)聚焦、管理世界、改革發(fā)展、行業(yè)分析。

　　鋼鐵材料是人類社會(huì)日益進(jìn)步和發(fā)展過(guò)程中不可取代的基礎(chǔ)材料，是人類進(jìn)步的標(biāo)志。而人類對(duì)科學(xué)的追求反過(guò)來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)了鋼鐵冶金技術(shù)的不斷提升。然而伴隨著全球工業(yè)化浪潮的興起，沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家和鋼鐵公司可以逃避日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，要想在競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，必須提升自己的實(shí)力;另一方面人類空前發(fā)展的同時(shí)又無(wú)形的給地球帶來(lái)了無(wú)法逃避的危機(jī)，特別是鋼鐵材料的生產(chǎn)是高能耗，環(huán)境負(fù)荷重過(guò)程，這就促使冶金工作者在利用現(xiàn)有冶煉技術(shù)和加工條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和新技術(shù)的開發(fā)及其應(yīng)用來(lái)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、低耗和高產(chǎn)的目標(biāo)。通過(guò)鋼的微合金化處理，細(xì)化組織晶粒目的提高材料強(qiáng)度的同時(shí)使其塑韌性增加，最終使材料的強(qiáng)度和韌性根據(jù)產(chǎn)品需求進(jìn)行合理組合，達(dá)到綜合機(jī)械性能優(yōu)異的鋼鐵材料，是鋼鐵冶煉行業(yè)發(fā)展的新方向[1]。現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度非?？?，其中鋼產(chǎn)量的30%之上用于建筑材料。在我國(guó)伴隨著城市化進(jìn)程速度的加快，越來(lái)越多的城市開始興建高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，這種情況下為低合金高強(qiáng)度鋼的發(fā)展提供了很好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

　　1. Q345B鋼鑄坯應(yīng)用背景

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐不斷的加快，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用范圍不斷拓寬。Q345B作為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的一種，近幾年成為了工程建筑設(shè)計(jì)的常用材料，由于它具有高韌性、高強(qiáng)度、抗沖擊能力強(qiáng)、耐腐蝕好等優(yōu)良綜合特性，在實(shí)際中被廣泛應(yīng)用于橋梁建筑、船舶、車輛、鍋爐、壓力容器等，所以，低合金高強(qiáng)度鋼產(chǎn)量在結(jié)構(gòu)鋼中的比重逐年遞增，市場(chǎng)前景及其廣闊。

　　Q345B結(jié)構(gòu)鋼是國(guó)內(nèi)低合金鋼中產(chǎn)量最大的鋼種之一，具有良好的綜合性能，具體表現(xiàn)為強(qiáng)度高韌性好、較好的耐疲勞腐蝕性能、深加工性能和焊接性能。鑄坯各向異性要求較小，內(nèi)部組織均勻。為了達(dá)到以上性能的要求，冶煉低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼時(shí)具有嚴(yán)格的的技術(shù)條件.

　　2. Q345B鋼鑄坯生產(chǎn)工藝

　　低合金Q345B結(jié)構(gòu)鋼是我國(guó)低合金高強(qiáng)度鋼的主要鋼種之一。通過(guò)對(duì)最近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)合金鋼理論以及冶煉工藝的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，降低鋼中硫、磷含量以及夾雜物的含量，提高鋼的純凈度是冶煉高性能低合金高強(qiáng)度鋼的基礎(chǔ)。此外，通過(guò)控制軋制控制冷卻得工藝進(jìn)一步強(qiáng)化微合金鋼中合金元素的作用，利用細(xì)化晶粒的原理既要不降低韌性和焊接性等加工性能的同時(shí)，還要不斷提高鋼的強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)濟(jì)鋼生產(chǎn)Q345B生產(chǎn)主要流程、冶煉工藝如下：

　　(1)Q345B低合金高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)工藝主要流程：低合金高強(qiáng)度Q345B結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)流程：高爐煉鐵→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→吹氬微調(diào)合金成分→鋼包精煉(喂Si-Ca線)→連鑄。

　　(2)Q345B低合金高強(qiáng)度鋼的冶煉工藝：以濟(jì)鋼生產(chǎn)Q345B低合金高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)技術(shù)為例說(shuō)明，目前，濟(jì)鋼煉鋼主要設(shè)備有3座120 t轉(zhuǎn)爐、1座鋼包精煉爐、1座真空吹氬脫氣爐、2臺(tái)中薄板坯連鑄機(jī)，先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐具備冶煉高純凈度鋼水的能力。利用鐵水預(yù)處理進(jìn)行鎂基復(fù)合脫硫，可以保證入爐鐵水的硫含量控制在不大于50ppm的范圍內(nèi)，高爐嚴(yán)格有效的控制硅和磷的含量，鐵水中硅和磷含量可以達(dá)到小于0.45%和0.04%，這樣進(jìn)一步提高了煉鋼的入爐鐵水的質(zhì)量，濟(jì)鋼的120t頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐能夠保證良好的復(fù)吹效果，終點(diǎn)出鋼碳氧濃度接近平衡狀態(tài)，使得出鋼鋼液中氧含量較低。經(jīng)過(guò)爐外精煉可以對(duì)鋼液進(jìn)一步脫氧和脫硫，處理后的鋼水硫含量達(dá)到小于10ppm，增氮量控制在小于5ppm，而碳的濃度基本保持不變。根據(jù)實(shí)際使用的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345B具體性能要求，成分設(shè)計(jì)上遵循的原則是低碳、低硅、高錳，并盡最大限度的降低硫、磷含量。設(shè)計(jì)低碳、硅是為了降低屈強(qiáng)比、細(xì)化奧氏體晶粒、改善帶鋼的焊接性能、減少硅酸鹽夾雜物的晶界偏析。鋼液中的錳部分與鐵互溶，形成鐵素體或奧氏體固溶體，剩余部分和鐵、碳化合形成滲碳體，能夠起到強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化珠光體的作用。同時(shí)，由于錳和硫之間的親和力要大于與鐵的親和力，易形成高熔點(diǎn)的MnS夾雜，減少或避免低熔點(diǎn)FeS夾雜在晶界的析出，降低熱脆性產(chǎn)生的可能性，所以提高了熱加工性能。一般情況下，硫、磷都?xì)w于鋼中的有害元素，磷含量主要影響鋼的塑性，硫含量主要影響鋼的沖擊韌性和韌-脆轉(zhuǎn)變溫度，鋼中硫化物夾雜對(duì)鋼材異向性能也會(huì)產(chǎn)生重要影響，因此在實(shí)際生產(chǎn)中要盡量降低硫、磷的含量。

　　3. 研究Q345B鋼鑄坯高溫力學(xué)性能的方法

　　至從上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，鋼鐵高溫力學(xué)性能的研究成為國(guó)內(nèi)外眾多冶金行業(yè)研究者主攻方向，經(jīng)過(guò)不斷的理論研究和實(shí)驗(yàn)探索，取得了現(xiàn)在優(yōu)異的成就。Adams教授在1971年第一次提出利用斷面收縮率(RA)代替斷口直徑來(lái)研究鋼鐵材料熱塑性的高低，并且以抗拉強(qiáng)度表示鋼在不同溫度下的強(qiáng)度指標(biāo)。這兩個(gè)性能指標(biāo)的提出，為以后研究高溫力學(xué)性能提出了具體的參考標(biāo)準(zhǔn)。而且一直沿用至今。1972年，Lankford博士首次系統(tǒng)的分析了凝固坯殼所承受的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，包括結(jié)晶器內(nèi)鋼液坯殼的摩擦力、鋼水的靜壓力、凝固的熱應(yīng)力、矯直彎曲的矯直力及其坯殼的組織應(yīng)力，并且給出了鑄坯受力分析的定性概念，為研究連鑄高溫力學(xué)性能奠定了力學(xué)基礎(chǔ)。在此期間，美國(guó)學(xué)者Weiss等人采用熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)Gleeble對(duì)鋼鐵材料的熱塑性進(jìn)行了研究，提出材料的內(nèi)部組織變化與宏觀力學(xué)性能的之間的關(guān)系，測(cè)試了Tr→0.6Tr(Tr為材料的熔點(diǎn))溫度范圍內(nèi)材料的強(qiáng)度與塑性，同時(shí)，提出了零強(qiáng)度溫度與零塑性溫度的定義，以及在加工過(guò)程中材料內(nèi)部應(yīng)力的變化是不斷形變的強(qiáng)化與軟化過(guò)程相互作用的結(jié)果。而真正利用Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱拉伸實(shí)驗(yàn)是日本新日鐵的鈴木洋夫(H.Suzuki)博士，他對(duì)金屬材料的高溫力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究并且成功的應(yīng)用于模擬連鑄過(guò)程。Suzuki博士在1975年開始了這項(xiàng)研究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷改進(jìn)和完善了熱塑性試驗(yàn)技術(shù)及方法，并且系統(tǒng)研究并總結(jié)出三個(gè)溫度區(qū)Tr-1200℃(Ⅰ)、1200℃-900℃(Ⅱ)、 900℃-600℃(Ⅲ)鋼的強(qiáng)度及塑性變化規(guī)律，分段分析了化學(xué)成分、保溫時(shí)間、應(yīng)變速率、冷卻速度對(duì)材料高溫力學(xué)性能的影響，并對(duì)鋼的斷口形貌及斷裂機(jī)理進(jìn)行了深入研究。1977年，Brimacombe和Sorimachi以前人科學(xué)研究為基礎(chǔ)，提出在高溫下鋼存在三個(gè)明顯的脆化區(qū)(鋼在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，強(qiáng)度或塑性有顯著下降，很容易形成裂紋)，并分析了不同因素對(duì)鋼坯高溫力學(xué)性能的影響以及鋼高溫力學(xué)性能與鑄坯裂紋形成概率的關(guān)系。80年代以后，英國(guó)倫敦城市大學(xué)的B.Minz教授也對(duì)連鑄鋼的高溫力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并在前人研究的基礎(chǔ)上，提出采用數(shù)學(xué)模型的方法計(jì)算和預(yù)測(cè)連鑄鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變溫度。

　　總而言之，國(guó)外冶金工作者對(duì)連鑄坯高溫力學(xué)性能的研究是比較全面和深入的。較之國(guó)外的研究，國(guó)內(nèi)冶金工作者還沒(méi)有系統(tǒng)深入地研究鑄坯高溫力學(xué)性能。目前國(guó)內(nèi)的研究者中，北京科技大學(xué)的蔡開科和王新華等人所做的工作最為深入，他們從從鑄坯的熱拉伸實(shí)驗(yàn)的溫度制度、化學(xué)成分和應(yīng)變速率等方面入手，較為深入的研究了鑄坯的力學(xué)性能;他們研究表明碳素鋼、硅錳鋼及不銹鋼的在熔點(diǎn)到600℃左右的溫度區(qū)間內(nèi)存在三個(gè)脆性溫度區(qū)，這三個(gè)脆性區(qū)的發(fā)現(xiàn)有利地指導(dǎo)了生產(chǎn)實(shí)踐，為今后改進(jìn)鋼材的質(zhì)量提供了理論依據(jù)。這三個(gè)脆性溫度區(qū)不是絕對(duì)不變的，隨著鋼的化學(xué)成分、形變速率的變化，溫度脆性區(qū)出現(xiàn)脆性的溫度區(qū)間會(huì)有所變動(dòng)，并且不一定均出現(xiàn)脆性。

　　4. 研究Q345B鋼鑄坯高溫力學(xué)性能的意義

　　當(dāng)前材料的高溫力學(xué)性能研究是一個(gè)較熱門的課題之一，材料的高溫性能包括材料在高溫下和高溫冷卻后的力學(xué)性能。然而，目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)尚未對(duì)高溫鋼材力學(xué)性能的試驗(yàn)方法作具體規(guī)定，有關(guān)高溫鋼材力學(xué)性能研究的報(bào)道也較少。近年來(lái)，在連鑄凝固過(guò)程方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)鑄坯的高溫力學(xué)性能的研究做了一些工作，但總的說(shuō)來(lái)所做工作并不多，也不夠深入，不夠全面。