Q345B鋼是一種中等強度高韌性碳素結構鋼，具有抗低溫、抗塑性和易焊接等綜合力學性能，已廣泛應用于機械零件、建筑材料等各類結構件。

　　以往國內生產Q345B普遍應用的是C-Mn成分設計思路，這就需要在生產30mm~35mm Q345B熱軋板時通過調節鋼中錳含量來改變綜合性能。但當錳含量提高至屈服強度滿足要求時，會出現延伸率不合格的現象；而降低錳含量至延伸率滿足要求時，會出現屈服強度不合格的現象，這就會導致板材合格率較低，造成較大經濟損失。針對以上問題，我國某鋼企研究人員進行自主開發，通過對Q345B的成分設計和工藝優化，摒棄傳統C-Mn成分的設計路線，提出了全新的鈦微合金化Q345B設計思路，生產出的Q345B各項理化指標完全符合要求，取得了良好效果，獲得了較好的經濟效益。

　　試驗方案

　　鈦強化機理。鈦是強碳化物形成元素，和氮、氧、碳都有極強的親和力。另外，鈦和硫的親和力大于鐵和硫的親和力，因此在含鈦鋼中優先生成硫化鈦，降低了生成硫化鐵的幾率，可以減少鋼的熱脆性。鈦與氮形成的碳化物結合力極強、極穩定、不易分解，只有當加熱溫度達1000℃以上時，才開始緩慢地溶入固溶體中。在未溶入前，TiN微粒有阻止鋼晶粒長大粗化的作用。鈦是極活潑的金屬元素，鈦還能與鐵和碳生成難溶的碳化物質點，富集于鋼的晶界處，阻止鋼的晶粒粗化，鈦也能溶入γ和α相中，形成固溶體，使鋼得到強化。在奧氏體中析出的TiN粒子由于Ostwald熟化而長大，粒子粗化動力學可由Wagner等式來描述。

　　上述分析說明，鈦加入量過多，易形成粗大的Ti（C，N）夾雜物，可能對鋼的韌性不利。在保證性能要求的前提下，盡可能按下限控制鈦含量。這樣既能達到控制晶粒度，減少鋼中夾雜物，提高鋼材質量的目的，又可以降低成本。

　　化學成分設計。錳可以改變鋼相變后的微觀組織，提高韌性、降低韌脆轉變溫度；但錳含量過高會引起中心偏析和各向異性，對于連鑄機無電磁攪拌與輕壓下的情況，為減少錳的中心偏析和各向異性，錳含量應該較原設計降低。碳是低碳鋼中傳統經濟的強化元素，鋼的強度隨碳含量的增加而提高，降錳后提高碳含量可以彌補因為碳含量降低而損失的屈服強度。不同鈦含量對力學性能的影響如圖1所示。

　　鈦含量小于0.045%時，隨著鈦含量的增加，鐵素體晶粒細化；鈦含量超過0.045%后，細化晶粒的作用不明顯；鈦微合金化鋼的強化機理主要是細晶強化和TiC的沉淀強化。在綜合考慮產品性能和冶煉成本的基礎上，將Q345B鋼中的錳含量目標值由原來的1.40%降低至0.95%，加入0.04%左右的鈦，提高0.01%的碳，其他元素含量保持原Q345B鋼的設計。Q345B鋼的冶煉成分設計見表1所示，力學性能要求見表2所示。

　　工藝設計。鈦微合金化Q345B鋼的生產流程為：鐵水罐→120噸轉爐冶煉→LF精煉→全程保護澆鑄→板坯精整→板坯加熱→控制軋制→成品。

　　冶煉采用120噸頂底復吹轉爐，冶煉周期為38分鐘~48分鐘之間，其中供氧時間為14分鐘~16分鐘，出鋼采用雙擋渣操作。全程底吹氬，終點壓槍操作，確保轉爐終點鋼水[C][O]積在平衡值附近；出鋼前測溫、取樣分析鋼中化學成分，終點溫度為1620℃~1680℃。

　　精煉時間為30分鐘~35分鐘，鋼包出精煉位后軟吹氬時間5分鐘~8分鐘，連鑄中包鋼水過熱度在10℃～25℃的范圍內。鈦鐵必須在鋼液用鋁充分脫氧后才能加入，因為鈦和氧有著很強的親和力，否則形成的氧化鈦將降低有效鈦的含量，減小隨后鈦的沉淀強化和細化晶粒的作用。鈦的收得率大于63%~68%。

　　澆注采用立彎式連鑄機，大包開澆后，在中包10噸、14噸時測溫，正常澆鑄時鋼水的過熱度按25℃～35℃控制。保護澆注：控制好密封氬氣流量，加好中間包覆蓋劑并且每澆鑄五爐鋼中間包進行排渣操作。

　　為避免鈦合金鋼產生熱裝裂紋，要求鑄坯下線堆冷4小時，檢驗合格后供軋。

　　鈦微合金化有助于提升鋼種性能

　　顯微組織。研究人員觀察在光學顯微鏡下觀察到的同一厚度原成分與鈦微合金化的鋼板距離邊部1/4厚度處縱截面典型的顯微組織發現，組織均以鐵素體+珠光體組成，鈦微合金化晶粒度為9.5~10.5級，原成分的晶粒度為8.2~8.5級。使用鈦微合金化的鋼板晶粒度較小，證實鈦具有明顯的細化晶粒的作用，從而提高鋼的強度和韌性。

　　力學性能。按國標GB2975-1982鋼材力學及工藝性能試驗取樣規定以及國標GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法對鋼帶進行了力學性能檢測，拉伸試驗，試驗全部規格取橫向試樣。鈦微合金化性能見表3。

　　通過試驗，研究人員發現，采用鈦微合金化技術生產的Q345B鋼屈服強度在350MPa~423MPa，抗拉強度496MPa~557MPa，伸長率24.5%~29.5%。性能均勻穩定完全滿足使用要求。鈦微合金化Q345B的組織均以鐵素體+珠光體組成，晶粒度為9.7~9.8級，晶粒均勻、細小；鈦具有一定的細化晶粒的作用。此外，進行鈦合金化后，綜合性能合格率達到100%，同時，降低低合金高強度鋼板的生產成本17.57元/噸鋼。