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(tuán)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(duì)象，基于GB/T1591-1994和T/CSM 12-2020標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)PDCA循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化成分設(shè)計(jì)、軋制工藝及設(shè)備參數(shù)，重點(diǎn)解決氧化鐵皮殘留與麻面缺陷問(wèn)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(qiáng)度達(dá)358～365MPa，0℃沖擊功提升至28～32J，表面降級(jí)率由42件/月降至2件/月（降幅95.2%）。年創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益42.48萬(wàn)元。本文為薄規(guī)格稀土耐候鋼國(guó)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(qiáng)度（R_eL≥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(guò)程中偏聚，導(dǎo)致力學(xué)性能波動(dòng)；

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(biāo)為突破薄規(guī)格Q355RE軋制技術(shù)空白。本文通過(guò)工藝優(yōu)化與設(shè)備升級(jí)，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(wèn)題診斷

2.1 化學(xué)成分與性能標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《Q355RE板卷技術(shù)要求》，關(guān)鍵指標(biāo)如表1所示。試制初期，首輪生產(chǎn)麻面降級(jí)率達(dá)42件/月，遠(yuǎn)超目標(biāo)值（≤20件/月）。

表1 Q355RE耐候鋼化學(xué)成分要求（內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)）

注：RE，稀土元素，主要是輕稀土，La，Ce。

力學(xué)性能要求：

R_eL≥355MPa，R_m≥490MPa，A≥22%；

0℃橫向沖擊功≥27J，180°冷彎無(wú)裂紋。

2.2 缺陷成因分析

通過(guò)熱力學(xué)模擬與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，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(dòng)（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(dá)±30℃（精軋入口）圖2；

③工藝波動(dòng)：加熱爐換向時(shí)間90秒，均熱段溫度梯度＞50℃/m。
注：基于Fe-O相圖與氧化動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)整終軋溫度（表2），偏差≤10℃；

卷取：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

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(jī)架強(qiáng)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(shí)間縮短至70秒，均熱段梯度＜20℃/m。

4. 效果驗(yàn)證與效益分析

4.1 質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

表3 工藝優(yōu)化前后性能對(duì)比

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：屈服強(qiáng)度方差由12.5降至4.2（P<0.05），優(yōu)化顯著。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

直接效益：

年減少降級(jí)卷數(shù)量：480件，單卷重量：17.7噸，噸鋼損失金額50元/噸

計(jì)算公式：

直接效益 = 降級(jí)卷減少量 × 單卷重量 × 噸鋼損失金額

= 480×17.7×50=424800元 ≈42.48萬(wàn)元

間接效益：

技術(shù)突破：成功開(kāi)發(fā)薄規(guī)格Q355RE耐候鋼軋制工藝，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，推動(dòng)高端耐候鋼國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程；

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力：產(chǎn)品性能達(dá)行業(yè)先進(jìn)水平，助力企業(yè)開(kāi)拓跨海橋梁、鐵路集裝箱等高端市場(chǎng)；

5. 結(jié)論與展望

本研究通過(guò)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(shí)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(jí)率由42件/月降至2件/月，屈服強(qiáng)度提升至358～365MPa，0℃沖擊功達(dá)28～32J，年創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益42.48萬(wàn)元。

未來(lái)研究方向：

智能化升級(jí)：研發(fā)氧化鐵皮厚度在線檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)缺陷實(shí)時(shí)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(biāo)；

材料多元化：將工藝推廣至Q420RE、Q460RE等高強(qiáng)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(jìn)展[J]. 軋鋼, 2023, 40(2): 45-50.
[2] 李雷曉等. 高強(qiáng)鋼氧化鐵皮控制技術(shù)[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào), 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.