Q355RE耐候钢薄规格热轧卷板的工艺优化与表面质量控制
牛占平 李利波 王学良 李雷晓
（新金集团轧钢厂技术中心）
摘要：本文以新金轧钢厂Q355RE稀土耐候钢薄规格热轧卷板试制为研究对象，基于GB/T1591-1994和T/CSM 12-2020标准，通过PDCA循环系统优化成分设计、轧制工艺及设备参数，重点解决氧化铁皮残留与麻面缺陷问题。研究结果表明：采用稀土喂丝均质化工艺，终轧温度分段控制策略（850～890℃），以及高压除鳞系统改造（压力稳定至18±0.5MPa），产品屈服强度达358～365MPa，0℃冲击功提升至28～32J，表面降级率由42件/月降至2件/月（降幅95.2%）。年创直接经济效益42.48万元。本文为薄规格稀土耐候钢国产化提供了可推广的技术方案。
关键词：Q355RE耐候钢；稀土元素；轧制工艺优化；表面质量控制；氧化铁皮
1. 引言
Q355RE稀土耐候钢因兼具高强度（R<sub>eL</sub>≥355MPa）与优异耐大气腐蚀性能（Cu、Cr协同作用），广泛应用于跨海桥梁、铁路集装箱等高端领域[1]。然而，其薄规格（≤4.8mm）轧制面临三大技术瓶颈：
①成分偏析：稀土元素（La、Ce）易在凝固过程中偏聚，导致力学性能波动；
②氧化铁皮残留：一次氧化铁皮清除不彻底及二次氧化铁皮生成，引发麻面缺陷；
③温度敏感性：终轧温度偏差±20℃可致板形超差率增加30%[2]。
2024年4月，新金轧钢厂承接上海大学新材料研究院试制任务，目标为突破薄规格Q355RE轧制技术空白。本文通过工艺优化与设备升级，系统性解决上述难题，为行业提供技术参考。
2. 技术要求与生产问题诊断
2.1 化学成分与性能标准
依据《Q355RE板卷技术要求》，关键指标如表1所示。试制初期，首轮生产麻面降级率达42件/月，远超目标值（≤20件/月）。
表1 Q355RE耐候钢化学成分要求（内控标准）
|
元素% |
C |
Si |
Mn |
Als |
RE（La+Ce） |
|
标准 |
0.13～0.17 |
0.30～0.40 |
0.40～0.55 |
0.018～0.045 |
—— |
|
内控 |
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，主要是轻稀土，La，Ce。
力学性能要求：
R<sub>eL</sub>≥355MPa，R<sub>m</sub>≥490MPa，A≥22%；
0℃横向冲击功≥27J，180°冷弯无裂纹。
2.2 缺陷成因分析
通过热力学模拟与现场检测，锁定麻面缺陷主因（图1）：
①一次氧化铁皮残留：原除鳞系统压力波动（18±3MPa），喷嘴堵塞率15%；
②二次氧化铁皮生成：中间坯头尾温差达±30℃（精轧入口）图2；
③工艺波动：加热炉换向时间90秒，均热段温度梯度＞50℃/m。
注：基于Fe-O相图与氧化动力学模型[3]，氧化铁皮生成速率与温度呈指数关系。
3. 工艺优化与实施
3.1 稀土均质化控制
采用喂丝法+钢包底吹氩工艺（图3），关键参数：
喂丝速度：3.5m/min，稀土丝直径13mm；
氩气流量：12～15L/min，吹扫时间≥8min。
效果：La、Ce分布均匀性提升40%（EDS面扫描分析）。
3.2 轧制温度策略优化
分段控温模型：
粗轧：5道次轧制，中间坯厚度32～36mm，轧制温度≥1060℃；
精轧：按规格动态调整终轧温度（表2），偏差≤10℃；
卷取：层流冷却水量PID控制，卷取温度600～620℃。
Q355RE耐候钢终轧温度按规格分段控制表
|
生产顺序 |
牌号 |
热卷规格 |
产量要求 |
温度控制 |
|
1 |
SPHC-WL2 |
3.0*1010 |
5-10件 |
正常SPHC-WL2 |
|
2 |
Q355RE |
2.9*1000 |
1 |
终轧890℃卷取600℃ |
|
3 |
Q355RE |
4.1*1000 |
4 |
终轧850℃卷取620℃ |
|
4 |
Q355RE |
4.8*1000 |
1 |
终轧850℃卷取620℃ |
3.3 表面缺陷防控技术
高压除鳞系统改造：
更换新型除鳞箱（压力18±0.5MPa），喷嘴角度优化至15°；
F1机架强冷模式投用，氧化铁皮清除率提升至98%。
中间坯温度均匀化：
增设头尾喷淋装置（图4），温差由±30℃降至±15℃；
加热炉换向时间缩短至70秒，均热段梯度＜20℃/m。
4. 效果验证与效益分析
4.1 质量指标对比
表3 工艺优化前后性能对比
|
指标 |
优化前 |
优化后 |
改善幅度 |
|
表面降级率 |
42件/月 |
2件/月 |
95.2% |
|
R<sub>eL</sub> |
350～360MPa |
358～365MPa |
+2.3% |
|
冲击功（0℃） |
25～28J |
28～32J |
+14.3% |
统计学分析：屈服强度方差由12.5降至4.2（P<0.05），优化显著。
4.2 经济效益
直接效益：
年减少降级卷数量：480件，单卷重量：17.7吨，吨钢损失金额50元/吨
计算公式：
直接效益 = 降级卷减少量 × 单卷重量 × 吨钢损失金额
= 480×17.7×50=424800元 ≈42.48万元
间接效益：
技术突破：成功开发薄规格Q355RE耐候钢轧制工艺，填补国内技术空白，推动高端耐候钢国产化进程；
市场竞争力：产品性能达行业先进水平，助力企业开拓跨海桥梁、铁路集装箱等高端市场；
5. 结论与展望
本研究通过喂丝均质化工艺优化稀土元素分布，采用终轧温度分段控制策略（850～890℃）和高压除鳞系统改造（压力稳定至18±0.5MPa），成功实现Q355RE耐候钢薄规格（2.9～4.8mm）稳定轧制。工艺优化后，表面降级率由42件/月降至2件/月，屈服强度提升至358～365MPa，0℃冲击功达28～32J，年创直接经济效益42.48万元。
未来研究方向：
智能化升级：研发氧化铁皮厚度在线检测系统，结合机器学习算法实现缺陷实时预警；
绿色制造：探索低温轧制与余热回收技术，降低能耗及碳排放，响应“双碳”目标；
材料多元化：将工艺推广至Q420RE、Q460RE等高强耐候钢品种；
产业链延伸：联合下游用户定制耐蚀涂层与焊接工艺，构建一体化技术生态。
[1] 张伟. 稀土耐候钢在桥梁工程中的应用进展[J]. 轧钢, 2023, 40(2): 45-50.
[2] 李雷晓等. 高强钢氧化铁皮控制技术[J]. 钢铁研究学报, 2022, 34(6): 78-84.
[3] 牛占平等. 热轧板带氧化行为研究[J]. 冶金工程, 2021, 28(3): 112-118.