Q390 鋼級是一種使用較為廣泛的低合金高強度結構鋼，具有焊接性、冷、熱加工性能和耐蝕性能等綜合力學性能較好的特性，其性能以低屈服強度不低于 390MPa 為基本條件，隨其等級的提高，分為 A、B、C、D、E 五個等級，其中 C 級是 Q390 強度級使用比較廣泛的等級。低合金結構鋼 Q390C 是工程中常選用的牌號，并隨著使用條件要求的提高，對材料的等級相應提高，國內在開發該鋼種中通常成分上采用微合金處理，在微合金的使用上以 V、Al、Nb 一相或多相復合金為主，在軋鋼環節以控軋控冷處理以獲得足夠的強度和韌性，降低鋼材的時效性，提高焊接性和降低焊接對強度和韌性的影響為研究方向，滿足標準和下游用戶的使用要求。鋼管公司對 Q390C 熱軋卷板有需求并用于制造熱力水管。為此，公司根據該鋼種技術性能要求, 進行了研制開發，并批量軋制了 390C熱軋卷板。

1、Q390C 化學成分及性能要求

牌號 Q390C 按 GB/T 3274 《碳素結構鋼和低合金鋼熱軋鋼板及鋼帶》執行，Q390C低合金結構鋼中要求有害雜質含量較低，純潔度和化學成分均勻性較高。以規定低屈服強度為主要特征，并具有一定的綜合力學性能和工藝性能，其化學成分要求如表1 所示。熱軋后鋼板及鋼帶標準規定鋼板以熱軋態狀態交貨, 其性能以 GB/T1591 《低合金高強度結構鋼》為基礎，力學性能及工藝性能見表 2。

2、化學成分設計思路

Q390C 與 Q345C 屬于低合金高強度結構鋼, 八鋼已成功生產 Q345C 熱軋鋼卷十幾萬噸 , 工藝成熟，產品綜合合格率很高。 Q390C 與 Q345C 相比, 屈服強度要求提高 35MPa, 抗拉強度要求提高20MPa,伸長率可以降低 1%, 常溫沖擊功與Q345C 要求相同。但用戶為制管用途，要求下屈服強度在原標準不小于 390 MPa 基礎上將下屈服強度提高至420MPa。因此根據熱軋工藝特點, 在 Q345C 基礎上提高屈服強度 75 MPa，且保證塑性下降不大, 必須通過微合金強化的工藝路線及調整熱軋工藝來提高力學性能。

碳是鋼中經濟、基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化的作用對提高鋼的強度有明顯的作用。錳是通過固溶強化提高鋼的強度，且錳還是擴大γ 相區的元素，可降低鋼的γ→α 相變溫度，有助于獲得細小的相變產物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉變溫度。錳含量通常不超過 1.6%，否則在冷卻時，在 0.10%C 鋼中轉變產生貝氏體，而不是鐵素體 - 珠光體。鈮是主要的微合金元素之一，對晶粒細化的作用十分明顯。通過熱軋過程中碳的應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復、再結晶，經控制軋制和控軋冷卻使精軋階段非再結晶區軋制的形變奧氏體組織在相變時獲得細小組織，以保證鋼具有高強度和高韌性。按照標準要求, 為了保證終產品性能, 結合生產 Q345C 軋鋼生產工藝特點, 確定了 Q390C 的成分設計（見表 3）。

3、冶煉和熱軋工藝設計

3.1 、煉鋼工藝

為有效控制鋼中硫質量分數, 須嚴格控制入爐鐵水 S 的質量分數, 要求鐵水脫硫預處理后,滿足[S]≤0.015%，溫度≥1250℃；嚴格控制轉爐再吹次數，不應超過 2 次。全程吹氬；終點控制目標［C］≥ 0.05％，［P］≤0.015％，［S］≤0.025%，溫度 1620～1690℃；出鋼目標時間 t≥4.0min，必須嚴格擋渣，轉爐出鋼后鋼包鋼水回磷量不大于 0.003%；LF 爐精煉：LF 爐脫硫、去夾雜、鋼水成分調整、溫度調整。喂絲后保證軟吹時間≥8min。

3.2、連鑄工藝

連鑄采用全程氬氣保護澆注，保護渣和中包覆蓋劑型號根據鋼種特性由煉鋼生產現場確定；連鑄開澆第一爐中包過熱度≤45℃，連澆爐次中包 TD 過熱度不大于 30℃，液相線溫度為 1515℃；固相線溫度為 1466℃。連鑄冷卻方式采用弱冷配水曲線，拉速 1.30m/ min；采用輕壓下技術, 提高鑄坯質量。

3.3、熱軋軋制工藝

熱軋 TMCP 技術包括控制軋制和軋后的加速冷卻。一方面要控制加熱溫度、軋制溫度、軋制變形時的壓下量，還要在此基礎上控制軋制后的冷卻速率。這樣不僅僅可以獲得一些細小的鐵素體或者奧氏體晶粒，獲得更優異的材料力學性能。為保證 Nb 的析出強化效果, 鑄坯出爐溫度控制在 1150～ 1210℃；終軋溫度控制在 840～880℃ ；層流冷卻采用稀疏冷卻模式, 卷取溫度控制在 610～650℃，嚴格控制除鱗水壓力, 確保除鱗效果。

4、試制結果分析

4.1 試制實際化學成分

統計了 Q390C 成分控制情況，各元素含量完全達到設計要求，化學成分范圍見表 4 。主要成分含量分布見圖 1。

4.2軋制工藝參數

根據八鋼 1750熱軋機組工況條件，設計了軋制9.1mm 及 10.9mmQ390C 的工藝參數：（1）連鑄坯均熱溫度目標設定為 1170 士 30℃；（2）精軋終軋溫度 FDT 目標設定 860 士 20℃；（3） 連軋后采用稀疏冷卻,卷取溫度CT 設定630 士 20℃。表 5為現場實際軋制部分鋼卷工藝參數。

熱卷箱采用直通模式生產，精軋六機架均使用， 精除鱗采用雙除鱗模式，各機架負荷分配及活套設定均由模型設定。精軋軋制力及電流情況均完全滿足設備能力要求。卷取目標溫度設定為 630℃，冷卻模式為 6/7，前段密集快冷，第一區不開。成品寬度精度和厚度精度控制良好，表 6 為部分鋼卷尺寸精度控制情況。

4.3、Q390C 熱軋板卷的組織和夾雜分析 

  對試制厚度 10.9mm Q390C 熱軋板按國標GB/T10561- 2005方法進行抽檢鋼中 A、B、C、D 類非金屬夾雜物級別檢驗，結果均小于 2.0 級，鋼質純凈，滿足技術條件的要求。金相試樣按照標準方法制樣，試樣經打磨拋光后，用 4%的硝酸溶液腐蝕，在金相顯微鏡下觀察帶鋼微觀組織，組織為鐵素體 + 珠光體，晶粒度 10 級。

4.4、軋制 Q390C 力學性能結果和分析

Q390C 熱軋卷板的拉伸性能及各向異性

為了檢測試制 Q390C 熱軋卷板的各向異性，對試制的 Q390C 熱軋卷板取樣，分別進行了橫向、縱向、45 方向的力學拉伸。檢驗結果如表 7 所示。結果表明，三個方向均表現出高的強度，橫向的強度高，而縱向和 45 度方向強度相當。各向異性特征不是特別明顯。

5、結論

1、研制開發的 Q390C 熱軋卷板具備優良的微觀組織及穩定的力學性能，其力學性能和工藝性能均滿足國家標準和用戶特殊要求。表明 Q390C 熱軋卷板的成分設計、工藝流程合理，制造的熱力水管尺寸精度高、質量穩定、綜合成材率高。

2、試制生產的 Q390C 熱軋卷板，組織為均勻的鐵素體 + 珠光體, 晶粒細小，夾雜物級別較低。

3、Q390C 熱軋卷板強度存在各向異性，橫向強度相對較高，- 40℃以上夏比沖擊功各向異性不明顯。并具有較好的低溫沖擊韌性，縱向 - 40 C 的夏比沖擊功可滿足標準要求。從試驗結果看在該成分體系和組織控制良好的基礎上，可滿足 E 級鋼級的沖擊試驗要求。

高強卷板    Q390C        9.75  1500 22.93 噸    安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        9.5    1500 28.308 噸  安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        7.75  1500 80.993 噸  安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        7.5    1500 54.462 噸  安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        5.5    1500 13.46 噸    安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        4.75  1500 90.088 噸  安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        4.5    1500 81.348 噸  安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        11.75          1500 33.938 噸  安陽  安鋼

高強卷板    Q390C        11.5  1500 64.326 噸  安陽  安鋼