随着大型H型钢应用范围的不断拓展，目前国内钢结构用H型钢Q235B、Q345B等钢种已满足不了市场的要求，莱芜钢铁集团有限公司(以下简称莱钢)是我国大型H型钢的生产基地，为满足市场需求，研究开发了钻井平台结构用E级H型钢Q345E，此产品综合性能好，具有良好的低温韧性，不仅可以作钻井平台结构支架用钢，还可以应用在高寒地区的机械制造、高层建筑、桥梁闸坝、起重机械、运输车辆及船舰、港湾、隧道、地下铁道、高速公路、火力发电主厂房及锅炉钢架等方面，具有广阔的市场前景，同时也是未来建筑结构用钢的发展方向之一。目前莱钢生产的1 000多吨Q345E钢已发往用户，得到用户的好评。
1 主要性能及成分要求
1.1 性能要求
Q345E热轧H型钢主要用作高寒地区的结构用钢，必须具有良好的力学性能，尤其是良好的低温冲击韧性，其力学性能要求见表1。
1.2成分设计
以“满足性能的前提下成本最小化及在现有工艺装备基础上工艺最优化”为设计原则，根据钢中各种元素对组织性能的影响，确定Q345E成分控制。采用微合金化处理技术提高钢材强度和韧性。铌、钒、钛作为常用的微合金化元素加入钢中都会使钢的强度提高，这主要是通过晶粒细化和析出强化两种机制实现的，但这两种机制对韧性的影响却是不同的。铌的强度增量主要是靠晶粒细化，而且在ω ( Nb )<0.04%时增加很快。而钒的强度主要靠析出强化，晶粒细化的分量很小。钛的作用居中，ω(Ti)≤0.08%时靠晶粒细化，ω(Ti)≥0.08%时析出强化起主要作用。晶粒细化能降低韧脆转变温度，而析出强化能提高韧脆转变温度。根据金属强化韧化理论，细化晶粒是唯一改善强度和韧性的手段。冈此该钢种选择铌为微合金化元素。表2为Q345E钢的国家标准与莱钢企业标准中的化学成分控制。
2 生产技术
2.1 生产工艺流程
120 t顶底复吹转炉冶炼→LF精炼→异型坯连铸→连铸坯精整→加热→高压水除鳞→大型H型钢轧制→热锯切→冷却→矫直→冷锯切→码垛。
2.2 冶炼、连铸
2.2.1 夹杂物控制技术
(1)减少钢中硫磷含量。为减少钢中硫、磷含量，一方面采用脱硫铁水直接人炉，保证入炉铁水中ω(S)≤0.010%，降低铁水硫含量;另一方面，转炉冶炼操作过程中，炉前采用硅钙钡和复合脱氧，出钢前加入合成渣600 kg，出钢后在炉渣表面加入改质剂120 kg，降低钢水硫、磷含量。
(2)减少钢中氧含量。转炉方面，终点操作采取高拉一次补吹法，提高终点命中率，在出钢过程中，加强双挡渣出钢工艺，采用挡渣塞和挡渣球分别挡住转炉的一次和二次渣，减少下渣量。加强钢包脱氧，增加硅钙合金的用量，每炉钢水加入硅钙合金130～150 kg左右，尽量脱除钢中氧。同时采用加入500～600kg/炉半预熔合成渣并对炉渣进行改质处理，利用出钢过程巾钢渣混冲，低熔点的合成渣熔化，在混冲过程中液态渣滴与夹杂物吸附碰撞、上浮排除，炉渣表面加入改质剂进一步脱除渣巾氧，精炼后的全氧含量平均为44.18×lO-6。精炼钢水出站前喂入150～180 m硅钙线，保证小氩气软吹时间在15 min以下，以使得夹杂物充分上浮排除。
2.2.2 低过热度控制
控制连铸坯内部等轴晶和柱状晶的比例是获得良好内部质量的有效措施，低过热度浇铸可明显改善中心偏析，并提高等轴晶率和细化晶粒组织，根据Q345E级H型钢成分中限计算该钢种液相线温度为1 516℃，在保证顺利浇注的前提下，大包浇注温度控制在1 536℃以上，以提高连铸坯内部质量。
2.2.3 结晶器及二冷弱冷制度
在异型坯的热应力分析基础上，结合Q345E钢的高温塑性曲线，采用结晶器及二冷弱冷的工艺措施，比水量控制在0.57 L/kg左右。一方面减少由于冷却不均匀及内外温差过大造成的热应力，同时提高该钢种矫直温度(该钢种最佳矫直温度应控制在950℃以上)，最大限度地降低连铸坯腹板裂纹的发生。
2.2.4 采用专用保护渣
生产实践表明，保护渣的理化特性对连铸异形坯表面质量影响很大，由于结晶器内腹板和翼缘之间受结晶器形状的限制，对保护渣的铺展性能要求更高。在连铸浇铸过程中采用优化的保护渣，防止结晶器内保护渣渣膜厚度不均导致铸坯冷却不均，从而产生裂纹。专用保护渣传热效果高于对比渣，结晶器进出水温差升高0.2～0.3℃，液渣层厚度明显升高，平均在7～10 mm左右，保护渣消耗为0.80～0.85 kg/t。
2.3 轧制
2.3.1 加热制度
高温下铌在晶粒内弥散析出，当钢中ω(Nb)=0.02%～0.03%、加热温度在1 150～1 170℃，大部分铌固溶;加热温度在1 120～1 125℃时，铌能充分固溶于奥氏体。在保证钢坯温度均匀的同时，保证原始奥氏体晶粒不致过大，为下一步晶粒细化创造条件，必须严格控制加热炉加热段的加热温度和加热速度。因加热温度高、加热速度慢都会导致钢中的碳氮化合物被大量同溶，降低它们对晶粒长大的阻碍作用，从而促使奥氏体晶粒长大，形成过热后的魏氏体组织。魏氏组织铁素体或渗碳体的针片杂乱无章地割裂了钢的基体，形成许多脆弱面，使钢的强度降低而脆性增大。所以适当地降低加热温度和提高加热速度有助于提高钢的强韧性。钢坯在加热炉内加热时间在2.5～3.0 h范围内，加热温度最高按1 280℃控制。结合莱钢现有工艺装备，加热制度如表3所示。
2.3.2 轧后控冷制度
轧件出精轧机组后，对轧件进行强制冷却，开启TM机后控冷线，加快轧后轧件的冷却速度，提高钢材冲击韧性。终轧温度越低，钢的强度就越高，而塑韧性则是在一定范嗣内有所提高。轧后的冷却速度能促进晶粒的细化和碳化物的沉淀，对钢材的强度分别起到晶界强化和沉淀强化的作用，消除带状珠光体，使珠光体分布均匀。
3 质量分析
3.1 连铸坯质量
采用优化的专用保护渣，保护渣液渣层厚度与其他保护渣相比明湿升高，平均在7～10 mm左右，保护渣消耗为0.80～0.85 kg/t。从铸坯表面质量来看，铸坯表面振痕清晰、均匀、整齐，无任何表面缺陷。
3.2 连铸坯低倍及硫印分析
由于异型坯的冷却不均匀、铸坯厚度不均匀、以及液芯位置和形状的特殊性，造成它的凝固组织也不均匀，腹板、R角及翼缘端部和窄面各处的柱状晶带宽度、柱状晶的粗细存在一定差别。从图1的低倍组织来看，异型坯外侧到中心，凝固组织可分为I一激冷层、Ⅱ一柱状晶带、Ⅲ一等轴晶区3个区域，其中柱状晶带比例最大，等轴晶比例为20%左右。从图2连铸坯的硫印图来看，夹杂物分布均匀。
图1 连铸坯低倍组织
3.3 连铸坯气体含量分析
对连铸坯气体含量进行分析，Q345E级钢全氧含量在(30～40)×10-6，比现有其他钢种低(20～50)×10-6，钢中气体含量较低。
图2 连铸坏硫印图
3.4 力学性能
随机抽取11炉，对力学性能进行统计，产品屈服强度、抗拉强度、延伸率及低温冲击功等均符合标准，且稳定，波动较小，产品的力学性能见表4。
3.5 轧材尺寸和表面质量
钻井平台结构用E级H型钢产品表面均匀光洁，尺寸均满足要求，控制准确，实际偏差均在技术要求范围内，成材率达94.36%。
3.6 金相检测
如图3所示，轧材组织为铁素体+珠光体，晶粒均匀细小，晶粒度为8～9级。
图3钻井平台结构用E级H型钢的金相组织100x
4 结论
莱钢生产的钻井平台结构用E级H型钢成分设计合理，铸坯表面质量良好，产品屈服强度在390 MPa 以上，抗拉强度在505 MPa 以上，-40℃纵向冲击功平均为78 J，表面质量和尺寸均超出用户需求，成材率达94.36%，E级H型钢可应用领域十分广泛，具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]杨德明.铌微合金化Q345B钢板生产工艺开发与应用EJl山东冶金.2007，2(29)：16—18.
[2]干勇.炼钢一连铸新技术800问[M].北京：机械工业出版社，2003，9.
