Q355RE耐候鋼薄規格熱軋卷板的工藝優化與表面質量控制

牛占平 李利波 王學良 李雷曉
（新金集團軋鋼廠技術中心）

摘要：本文以新金軋鋼廠Q355RE稀土耐候鋼薄規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循環系統優化成分設計、軋制工藝及設備參數，重點解決氧化鐵皮殘留與麻面缺陷問題。研究結果表明：采用稀土喂絲均質化工藝，終軋溫度分段控制策略（850～890℃），以及高壓除鱗系統改造（壓力穩定至18±0.5MPa），產品屈服強度達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%）。年創直接經濟效益42.48萬元。本文為薄規格稀土耐候鋼國產化提供了可推廣的技術方案。

關鍵詞：Q355RE耐候鋼；稀土元素；軋制工藝優化；表面質量控制；氧化鐵皮

1. 引言

Q355RE稀土耐候鋼因兼具高強度（R_eL≥355MPa）與優異耐大氣腐蝕性能（Cu、Cr協同作用），廣泛應用于跨海橋梁、鐵路集裝箱等高端領域^[1]。然而，其薄規格（≤4.8mm）軋制面臨三大技術瓶頸：

①成分偏析：稀土元素（La、Ce）易在凝固過程中偏聚，導致力學性能波動；

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新材料研究院試制任務，目標為突破薄規格Q355RE軋制技術空白。本文通過工藝優化與設備升級，系統性解決上述難題，為行業提供技術參考。

2. 技術要求與生產問題診斷

2.1 化學成分與性能標準

依據《Q355RE板卷技術要求》，關鍵指標如表1所示。試制初期，首輪生產麻面降級率達42件/月，遠超目標值（≤20件/月）。

表1 Q355RE耐候鋼化學成分要求（內控標準）

注：RE，稀土元素，主要是輕稀土，La，Ce。

力學性能要求：

R_eL≥355MPa，R_m≥490MPa，A≥22%；

0℃橫向沖擊功≥27J，180°冷彎無裂紋。

2.2 缺陷成因分析

通過熱力學模擬與現場檢測，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相圖與氧化動力學模型^[3]，氧化鐵皮生成速率與溫度呈指數關系。

3. 工藝優化與實施

3.1 稀土均質化控制

采用喂絲法+鋼包底吹氬工藝（圖3），關鍵參數：

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：按規格動態調整終軋溫度（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格分段控制表

3.3 表面缺陷防控技術

高壓除鱗系統改造：

更換新型除鱗箱（壓力18±0.5MPa），噴嘴角度優化至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 質量指標對比

表3 工藝優化前后性能對比

統計學分析：屈服強度方差由12.5降至4.2（P<0.05），優化顯著。

4.2 經濟效益

直接效益：

年減少降級卷數量：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：

技術突破：成功開發薄規格Q355RE耐候鋼軋制工藝，填補國內技術空白，推動高端耐候鋼國產化進程；

市場競爭力：產品性能達行業先進水平，助力企業開拓跨海橋梁、鐵路集裝箱等高端市場；

5. 結論與展望

本研究通過喂絲均質化工藝優化稀土元素分布，采用終軋溫度分段控制策略（850～890℃）和高壓除鱗系統改造（壓力穩定至18±0.5MPa），成功實現Q355RE耐候鋼薄規格（2.9～4.8mm）穩定軋制。工藝優化后，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，年創直接經濟效益42.48萬元。

未來研究方向：

智能化升級：研發氧化鐵皮厚度在線檢測系統，結合機器學習算法實現缺陷實時預警；

綠色制造：探索低溫軋制與余熱回收技術，降低能耗及碳排放，響應“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；

產業鏈延伸：聯合下游用戶定制耐蝕涂層與焊接工藝，構建一體化技術生態。

[1] 張偉. 稀土耐候鋼在橋梁工程中的應用進展[J]. 軋鋼, 2023, 40(2): 45-50.
[2] 李雷曉等. 高強鋼氧化鐵皮控制技術[J]. 鋼鐵研究學報, 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.