Q345B是低合金高強度結構鋼的一種，在我國工程建筑設計中廣泛運用，在結構鋼中的比重逐年遞增，市場前景及其廣闊。本篇冶金論文研究Q345B鋼鑄坯高溫力學性能，可以為該鋼種連鑄生產提供重要基礎數據，有利地指導了生產實踐。

　　推薦期刊：《中國鋼鐵業》(月刊)2003年創刊，是國內唯一全面、綜合反映中國鋼鐵工業情況的專業期刊，是中國鋼鐵工業協會會刊。期刊堅持為企業服務、為鋼鐵產品用戶服務的根本宗旨，充分發揮其工作導向性，政策導向性，技術導向性和市場導向性作用，努力反映中國鋼鐵行業經濟運行、技術進步、行業發展，傳遞鋼鐵市場信息等最新情況，有權威性和影響力。期刊欄目有特別報道、專家論壇、產業動態、產經透視、熱點聚焦、管理世界、改革發展、行業分析。

　　鋼鐵材料是人類社會日益進步和發展過程中不可取代的基礎材料，是人類進步的標志。而人類對科學的追求反過來進一步促進了鋼鐵冶金技術的不斷提升。然而伴隨著全球工業化浪潮的興起，沒有任何一個國家和鋼鐵公司可以逃避日益激烈的市場競爭，要想在競爭中占有一席之地，必須提升自己的實力;另一方面人類空前發展的同時又無形的給地球帶來了無法逃避的危機，特別是鋼鐵材料的生產是高能耗，環境負荷重過程，這就促使冶金工作者在利用現有冶煉技術和加工條件的基礎上，通過結構的調整和新技術的開發及其應用來達到優質、低耗和高產的目標。通過鋼的微合金化處理，細化組織晶粒目的提高材料強度的同時使其塑韌性增加，最終使材料的強度和韌性根據產品需求進行合理組合，達到綜合機械性能優異的鋼鐵材料，是鋼鐵冶煉行業發展的新方向[1]。現在發達國家的鋼結構建筑產業發展速度非常快，其中鋼產量的30%之上用于建筑材料。在我國伴隨著城市化進程速度的加快，越來越多的城市開始興建高層鋼結構建筑，這種情況下為低合金高強度鋼的發展提供了很好的市場機會。

　　1. Q345B鋼鑄坯應用背景

　　隨著我國經濟建設步伐不斷的加快，低合金高強度結構鋼的應用范圍不斷拓寬。Q345B作為低合金高強度結構鋼的一種，近幾年成為了工程建筑設計的常用材料，由于它具有高韌性、高強度、抗沖擊能力強、耐腐蝕好等優良綜合特性，在實際中被廣泛應用于橋梁建筑、船舶、車輛、鍋爐、壓力容器等，所以，低合金高強度鋼產量在結構鋼中的比重逐年遞增，市場前景及其廣闊。

　　Q345B結構鋼是國內低合金鋼中產量最大的鋼種之一，具有良好的綜合性能，具體表現為強度高韌性好、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，內部組織均勻。為了達到以上性能的要求，冶煉低合金高強度結構鋼時具有嚴格的的技術條件.

　　2. Q345B鋼鑄坯生產工藝

　　低合金Q345B結構鋼是我國低合金高強度鋼的主要鋼種之一。通過對最近幾年國內外對合金鋼理論以及冶煉工藝的發展趨勢來看，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度鋼的基礎。此外，通過控制軋制控制冷卻得工藝進一步強化微合金鋼中合金元素的作用，利用細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，還要不斷提高鋼的強度。目前國內濟鋼生產Q345B生產主要流程、冶煉工藝如下：

　　(1)Q345B低合金高強度鋼的生產工藝主要流程：低合金高強度Q345B結構鋼的生產流程：高爐煉鐵→鐵水預處理→轉爐冶煉→吹氬微調合金成分→鋼包精煉(喂Si-Ca線)→連鑄。

　　(2)Q345B低合金高強度鋼的冶煉工藝：以濟鋼生產Q345B低合金高強度鋼的生產技術為例說明，目前，濟鋼煉鋼主要設備有3座120 t轉爐、1座鋼包精煉爐、1座真空吹氬脫氣爐、2臺中薄板坯連鑄機，先進的自動化控制系統轉爐具備冶煉高純凈度鋼水的能力。利用鐵水預處理進行鎂基復合脫硫，可以保證入爐鐵水的硫含量控制在不大于50ppm的范圍內，高爐嚴格有效的控制硅和磷的含量，鐵水中硅和磷含量可以達到小于0.45%和0.04%，這樣進一步提高了煉鋼的入爐鐵水的質量，濟鋼的120t頂底復合吹煉轉爐能夠保證良好的復吹效果，終點出鋼碳氧濃度接近平衡狀態，使得出鋼鋼液中氧含量較低。經過爐外精煉可以對鋼液進一步脫氧和脫硫，處理后的鋼水硫含量達到小于10ppm，增氮量控制在小于5ppm，而碳的濃度基本保持不變。根據實際使用的低合金高強度結構鋼Q345B具體性能要求，成分設計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。設計低碳、硅是為了降低屈強比、細化奧氏體晶粒、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，能夠起到強化鐵素體和細化珠光體的作用。同時，由于錳和硫之間的親和力要大于與鐵的親和力，易形成高熔點的MnS夾雜，減少或避免低熔點FeS夾雜在晶界的析出，降低熱脆性產生的可能性，所以提高了熱加工性能。一般情況下，硫、磷都歸于鋼中的有害元素，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-脆轉變溫度，鋼中硫化物夾雜對鋼材異向性能也會產生重要影響，因此在實際生產中要盡量降低硫、磷的含量。

　　3. 研究Q345B鋼鑄坯高溫力學性能的方法

　　至從上個世紀70年代以來，鋼鐵高溫力學性能的研究成為國內外眾多冶金行業研究者主攻方向，經過不斷的理論研究和實驗探索，取得了現在優異的成就。Adams教授在1971年第一次提出利用斷面收縮率(RA)代替斷口直徑來研究鋼鐵材料熱塑性的高低，并且以抗拉強度表示鋼在不同溫度下的強度指標。這兩個性能指標的提出，為以后研究高溫力學性能提出了具體的參考標準。而且一直沿用至今。1972年，Lankford博士首次系統的分析了凝固坯殼所承受的復雜應力狀態，包括結晶器內鋼液坯殼的摩擦力、鋼水的靜壓力、凝固的熱應力、矯直彎曲的矯直力及其坯殼的組織應力，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性能奠定了力學基礎。在此期間，美國學者Weiss等人采用熱模擬實驗機Gleeble對鋼鐵材料的熱塑性進行了研究，提出材料的內部組織變化與宏觀力學性能的之間的關系，測試了Tr→0.6Tr(Tr為材料的熔點)溫度范圍內材料的強度與塑性，同時，提出了零強度溫度與零塑性溫度的定義，以及在加工過程中材料內部應力的變化是不斷形變的強化與軟化過程相互作用的結果。而真正利用Gleeble熱模擬試驗機進行熱拉伸實驗是日本新日鐵的鈴木洋夫(H.Suzuki)博士，他對金屬材料的高溫力學性能進行系統的研究并且成功的應用于模擬連鑄過程。Suzuki博士在1975年開始了這項研究，實驗過程中不斷改進和完善了熱塑性試驗技術及方法，并且系統研究并總結出三個溫度區Tr-1200℃(Ⅰ)、1200℃-900℃(Ⅱ)、 900℃-600℃(Ⅲ)鋼的強度及塑性變化規律，分段分析了化學成分、保溫時間、應變速率、冷卻速度對材料高溫力學性能的影響，并對鋼的斷口形貌及斷裂機理進行了深入研究。1977年，Brimacombe和Sorimachi以前人科學研究為基礎，提出在高溫下鋼存在三個明顯的脆化區(鋼在這個區間內，強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鋼坯高溫力學性能的影響以及鋼高溫力學性能與鑄坯裂紋形成概率的關系。80年代以后，英國倫敦城市大學的B.Minz教授也對連鑄鋼的高溫力學性能進行了系統的研究，并在前人研究的基礎上，提出采用數學模型的方法計算和預測連鑄鋼的奧氏體轉變溫度。

　　總而言之，國外冶金工作者對連鑄坯高溫力學性能的研究是比較全面和深入的。較之國外的研究，國內冶金工作者還沒有系統深入地研究鑄坯高溫力學性能。目前國內的研究者中，北京科技大學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驗的溫度制度、化學成分和應變速率等方面入手，較為深入的研究了鑄坯的力學性能;他們研究表明碳素鋼、硅錳鋼及不銹鋼的在熔點到600℃左右的溫度區間內存在三個脆性溫度區，這三個脆性區的發現有利地指導了生產實踐，為今后改進鋼材的質量提供了理論依據。這三個脆性溫度區不是絕對不變的，隨著鋼的化學成分、形變速率的變化，溫度脆性區出現脆性的溫度區間會有所變動，并且不一定均出現脆性。

　　4. 研究Q345B鋼鑄坯高溫力學性能的意義

　　當前材料的高溫力學性能研究是一個較熱門的課題之一，材料的高溫性能包括材料在高溫下和高溫冷卻后的力學性能。然而，目前國內外有關機構尚未對高溫鋼材力學性能的試驗方法作具體規定，有關高溫鋼材力學性能研究的報道也較少。近年來，在連鑄凝固過程方面，國內外對鑄坯的高溫力學性能的研究做了一些工作，但總的說來所做工作并不多，也不夠深入，不夠全面。