Q355RE耐候鋼薄規(guī)格熱軋卷板的工藝優(yōu)化與表面質(zhì)量控制
牛占平 李利波 王學(xué)良 李雷曉
（新金集團軋鋼廠技術(shù)中心）
摘要：本文以新金軋鋼廠Q355RE稀土耐候鋼薄規(guī)格熱軋卷板試制為研究對象，基于GB/T1591-1994和T/CSM 12-2020標準，通過PDCA循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化成分設(shè)計、軋制工藝及設(shè)備參數(shù)，重點解決氧化鐵皮殘留與麻面缺陷問題。研究結(jié)果表明：采用稀土喂絲均質(zhì)化工藝，終軋溫度分段控制策略（850～890℃），以及高壓除鱗系統(tǒng)改造（壓力穩(wěn)定至18±0.5MPa），產(chǎn)品屈服強度達358～365MPa，0℃沖擊功提升至28～32J，表面降級率由42件/月降至2件/月（降幅95.2%）。年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益42.48萬元。本文為薄規(guī)格稀土耐候鋼國產(chǎn)化提供了可推廣的技術(shù)方案。
關(guān)鍵詞：Q355RE耐候鋼；稀土元素；軋制工藝優(yōu)化；表面質(zhì)量控制；氧化鐵皮
1. 引言
Q355RE稀土耐候鋼因兼具高強度（R<sub>eL</sub>≥355MPa）與優(yōu)異耐大氣腐蝕性能（Cu、Cr協(xié)同作用），廣泛應(yīng)用于跨海橋梁、鐵路集裝箱等高端領(lǐng)域[1]。然而，其薄規(guī)格（≤4.8mm）軋制面臨三大技術(shù)瓶頸：
①成分偏析：稀土元素（La、Ce）易在凝固過程中偏聚，導(dǎo)致力學(xué)性能波動；
②氧化鐵皮殘留：一次氧化鐵皮清除不徹底及二次氧化鐵皮生成，引發(fā)麻面缺陷；
③溫度敏感性：終軋溫度偏差±20℃可致板形超差率增加30%[2]。
2024年4月，新金軋鋼廠承接上海大學(xué)新材料研究院試制任務(wù)，目標為突破薄規(guī)格Q355RE軋制技術(shù)空白。本文通過工藝優(yōu)化與設(shè)備升級，系統(tǒng)性解決上述難題，為行業(yè)提供技術(shù)參考。
2. 技術(shù)要求與生產(chǎn)問題診斷
2.1 化學(xué)成分與性能標準
依據(jù)《Q355RE板卷技術(shù)要求》，關(guān)鍵指標如表1所示。試制初期，首輪生產(chǎn)麻面降級率達42件/月，遠超目標值（≤20件/月）。
表1 Q355RE耐候鋼化學(xué)成分要求（內(nèi)控標準）
|
元素% |
C |
Si |
Mn |
Als |
RE（La+Ce） |
|
標準 |
0.13～0.17 |
0.30～0.40 |
0.40～0.55 |
0.018～0.045 |
—— |
|
內(nèi)控 |
0.14～0.16 |
0.32～0.36 |
0.42～0.46 |
0.020～0.040 |
0.025～0.040 |
注：RE，稀土元素，主要是輕稀土，La，Ce。
力學(xué)性能要求：
R<sub>eL</sub>≥355MPa，R<sub>m</sub>≥490MPa，A≥22%；
0℃橫向沖擊功≥27J，180°冷彎無裂紋。
2.2 缺陷成因分析
通過熱力學(xué)模擬與現(xiàn)場檢測，鎖定麻面缺陷主因（圖1）：
①一次氧化鐵皮殘留：原除鱗系統(tǒng)壓力波動（18±3MPa），噴嘴堵塞率15%；
②二次氧化鐵皮生成：中間坯頭尾溫差達±30℃（精軋入口）圖2；
③工藝波動：加熱爐換向時間90秒，均熱段溫度梯度＞50℃/m。
注：基于Fe-O相圖與氧化動力學(xué)模型[3]，氧化鐵皮生成速率與溫度呈指數(shù)關(guān)系。
3. 工藝優(yōu)化與實施
3.1 稀土均質(zhì)化控制
采用喂絲法+鋼包底吹氬工藝（圖3），關(guān)鍵參數(shù)：
喂絲速度：3.5m/min，稀土絲直徑13mm；
氬氣流量：12～15L/min，吹掃時間≥8min。
效果：La、Ce分布均勻性提升40%（EDS面掃描分析）。
3.2 軋制溫度策略優(yōu)化
分段控溫模型：
粗軋：5道次軋制，中間坯厚度32～36mm，軋制溫度≥1060℃；
精軋：按規(guī)格動態(tài)調(diào)整終軋溫度（表2），偏差≤10℃；
卷?。?/b>層流冷卻水量PID控制，卷取溫度600～620℃。
Q355RE耐候鋼終軋溫度按規(guī)格分段控制表
|
生產(chǎn)順序 |
牌號 |
熱卷規(guī)格 |
產(chǎn)量要求 |
溫度控制 |
|
1 |
SPHC-WL2 |
3.0*1010 |
5-10件 |
正常SPHC-WL2 |
|
2 |
Q355RE |
2.9*1000 |
1 |
終軋890℃卷取600℃ |
|
3 |
Q355RE |
4.1*1000 |
4 |
終軋850℃卷取620℃ |
|
4 |
Q355RE |
4.8*1000 |
1 |
終軋850℃卷取620℃ |
3.3 表面缺陷防控技術(shù)
高壓除鱗系統(tǒng)改造：
更換新型除鱗箱（壓力18±0.5MPa），噴嘴角度優(yōu)化至15°；
F1機架強冷模式投用，氧化鐵皮清除率提升至98%。
中間坯溫度均勻化：
增設(shè)頭尾噴淋裝置（圖4），溫差由±30℃降至±15℃；
加熱爐換向時間縮短至70秒，均熱段梯度＜20℃/m。
4. 效果驗證與效益分析
4.1 質(zhì)量指標對比
表3 工藝優(yōu)化前后性能對比
|
指標 |
優(yōu)化前 |
優(yōu)化后 |
改善幅度 |
|
表面降級率 |
42件/月 |
2件/月 |
95.2% |
|
R<sub>eL</sub> |
350～360MPa |
358～365MPa |
+2.3% |
|
沖擊功（0℃） |
25～28J |
28～32J |
+14.3% |
統(tǒng)計學(xué)分析：屈服強度方差由12.5降至4.2（P<0.05），優(yōu)化顯著。
4.2 經(jīng)濟效益
直接效益：
年減少降級卷數(shù)量：480件，單卷重量：17.7噸，噸鋼損失金額50元/噸
計算公式：
直接效益 = 降級卷減少量 × 單卷重量 × 噸鋼損失金額
= 480×17.7×50=424800元 ≈42.48萬元
間接效益：
技術(shù)突破：成功開發(fā)薄規(guī)格Q355RE耐候鋼軋制工藝，填補國內(nèi)技術(shù)空白，推動高端耐候鋼國產(chǎn)化進程；
市場競爭力：產(chǎn)品性能達行業(yè)先進水平，助力企業(yè)開拓跨海橋梁、鐵路集裝箱等高端市場；
5. 結(jié)論與展望
本研究通過喂絲均質(zhì)化工藝優(yōu)化稀土元素分布，采用終軋溫度分段控制策略（850～890℃）和高壓除鱗系統(tǒng)改造（壓力穩(wěn)定至18±0.5MPa），成功實現(xiàn)Q355RE耐候鋼薄規(guī)格（2.9～4.8mm）穩(wěn)定軋制。工藝優(yōu)化后，表面降級率由42件/月降至2件/月，屈服強度提升至358～365MPa，0℃沖擊功達28～32J，年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益42.48萬元。
未來研究方向：
智能化升級：研發(fā)氧化鐵皮厚度在線檢測系統(tǒng)，結(jié)合機器學(xué)習算法實現(xiàn)缺陷實時預(yù)警；
綠色制造：探索低溫軋制與余熱回收技術(shù)，降低能耗及碳排放，響應(yīng)“雙碳”目標；
材料多元化：將工藝推廣至Q420RE、Q460RE等高強耐候鋼品種；
產(chǎn)業(yè)鏈延伸：聯(lián)合下游用戶定制耐蝕涂層與焊接工藝，構(gòu)建一體化技術(shù)生態(tài)。
[1] 張偉. 稀土耐候鋼在橋梁工程中的應(yīng)用進展[J]. 軋鋼, 2023, 40(2): 45-50.
[2] 李雷曉等. 高強鋼氧化鐵皮控制技術(shù)[J]. 鋼鐵研究學(xué)報, 2022, 34(6): 78-84.
[3] 牛占平等. 熱軋板帶氧化行為研究[J]. 冶金工程, 2021, 28(3): 112-118.