工程科学学报，第39卷，第11期：1661-1668,2017年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.11:1661-1668,November 2017 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2017.11.008;http://journals..ustb.edu.cn Q420C角钢铸坯凝固传热分析及A1N析出控制 汪成义四，崔怀周，赵斌，肖金福，吴巍 钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京100081 ☒通信作者，E-mail:wangcy0615@163.com 摘要为研究Q420C角钢在大矫直应变过程中的铸坯凝固传热行为以及AN析出对铸坯和轧材质量的影响，本文通过 ProCAST模拟软件和射钉试验，对不同参数条件下铸坯表面和角部温度以及坯壳厚度等进行模拟计算，并提出了凝固坯壳厚 度修正公式.通过Gleeble实验得出，铸坯在1008-1364℃温度范围内时具有较好的热塑性.对AN析出的热力学和动力学 研究表明，铸坯应避开在A1N析出“窗口”内矫直，轧制前加热炉均热温度控制在1160~1200℃，终轧温度控制在850℃以上 可减少AN在奥氏体晶界沉淀析出.经过工艺试验，成功开发出Q420C角钢，轧材平均合格率达到90%，综合性能指标满足 要求. 关键词角钢：Q420C:大矫直应变：ProCAST模拟：AN析出 分类号T777.3 Analysis of billet solidification heat transfer and AlN precipitation on Q420C angle steel WANG Cheng-yi,CUl Huai-zhou,ZHAO Bin,XIAO Jin-fu,WU Wei Metallurgical Technology Institute,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100081,China Corresponding author,E-mail:wangey0615@163.com ABSTRACT This investigation sought to determine the effect of solidification heat transfer behavior and AlN precipitation on the quality of a Q420C billet and rolled product during the process of high straightening strain.To accomplish this,the paper employed a ProCAST simulation and a nail-shooting experiment to calculate the surface and corner temperature of the billet and the thickness of shell,and a formula for the thickness of solidified shell was proposed.The slab has a good plasticity in the temperature range of 1008 -1364C based on the results of the Gleeble experiment.The thermodynamics and kinetics of AIN precipitation show that the billet should be straightened avoid the "window"of AlN precipitation and before steel rolling,the billet temperature should be controlled to between 1160-1200 C,and the final rolling temperature should be above 850 C.This reduces AlN precipitation in the austenite grain boundary.After the test,the Q420C steel was successfully produced.The average qualified rate of the rolled products reached 90%and the comprehensive performance index met the needed requirements. KEY WORDS angle steel:Q420C:large straightening strain:ProCAST simulation:AlN precipitation 近几年来，我国特高压输电工程中Q420、Q460等 1591一2008对低合金高强度结构钢的要求，Q420C钢 强度更高的钢种得到了广泛的应用，过去长期采用的 主要成分（质量分数)上，wc≤0.2%，ws≤0.5%， Q235、Q345等钢材已无法满足电力铁塔大型化、高载 w≤1.7%，0u≥0.015%，性能上（厚度≤16mm规 荷的使用要求，且使用Q420级角钢代替Q345级角钢 格)，要求屈服强度≥420MPa,抗拉强度为520~ 可平均降低用钢量20%左右-.根据国标GB/T 680MPa,断面伸长率≥19%，0℃下的纵向冲击 收稿日期：2016-12-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51674092)工程科学学报，第 39 卷，第 11 期: 1661--1668，2017 年 11 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 11: 1661--1668，November 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 11． 008; http: / /journals． ustb． edu． cn Q420C 角钢铸坯凝固传热分析及 AlN 析出控制 汪成义，崔怀周，赵 斌，肖金福，吴 巍 钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京 100081  通信作者，E-mail: wangcy0615@ 163． com 摘 要 为研究 Q420C 角钢在大矫直应变过程中的铸坯凝固传热行为以及 AlN 析出对铸坯和轧材质量的影响，本文通过 ProCAST 模拟软件和射钉试验，对不同参数条件下铸坯表面和角部温度以及坯壳厚度等进行模拟计算，并提出了凝固坯壳厚 度修正公式． 通过 Gleeble 实验得出，铸坯在 1008 ～ 1364 ℃温度范围内时具有较好的热塑性． 对 AlN 析出的热力学和动力学 研究表明，铸坯应避开在 AlN 析出“窗口”内矫直，轧制前加热炉均热温度控制在 1160 ～ 1200 ℃，终轧温度控制在 850 ℃ 以上 可减少 AlN 在奥氏体晶界沉淀析出． 经过工艺试验，成功开发出 Q420C 角钢，轧材平均合格率达到 90% ，综合性能指标满足 要求． 关键词 角钢; Q420C; 大矫直应变; ProCAST 模拟; AlN 析出 分类号 TF777. 3 收稿日期: 2016--12--20 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51674092) Analysis of billet solidification ＆ heat transfer and AlN precipitation on Q420C angle steel WANG Cheng-yi ，CUI Huai-zhou，ZHAO Bin，XIAO Jin-fu，WU Wei Metallurgical Technology Institute，Central Iron and Steel Ｒesearch Institute，Beijing 100081，China  Corresponding author，E-mail: wangcy0615@ 163． com ABSTＲACT This investigation sought to determine the effect of solidification ＆ heat transfer behavior and AlN precipitation on the quality of a Q420C billet and rolled product during the process of high straightening strain． To accomplish this，the paper employed a ProCAST simulation and a nail-shooting experiment to calculate the surface and corner temperature of the billet and the thickness of shell，and a formula for the thickness of solidified shell was proposed． The slab has a good plasticity in the temperature range of 1008 － 1364 ℃ based on the results of the Gleeble experiment． The thermodynamics and kinetics of AlN precipitation show that the billet should be straightened avoid the“window”of AlN precipitation and before steel rolling，the billet temperature should be controlled to between 1160 － 1200 ℃，and the final rolling temperature should be above 850 ℃ ． This reduces AlN precipitation in the austenite grain boundary． After the test，the Q420C steel was successfully produced． The average qualified rate of the rolled products reached 90% and the comprehensive performance index met the needed requirements． KEY WOＲDS angle steel; Q420C; large straightening strain; ProCAST simulation; AlN precipitation 近几年来，我国特高压输电工程中 Q420、Q460 等 强度更高的钢种得到了广泛的应用，过去长期采用的 Q235、Q345 等钢材已无法满足电力铁塔大型化、高载 荷的使用要求，且使用 Q420 级角钢代替 Q345 级角钢 可平 均 降 低 用 钢 量 20% 左 右［1--2］． 根 据 国 标 GB / T 1591—2008 对低合金高强度结构钢的要求，Q420C 钢 主要 成 分 ( 质 量 分 数) 上，wC ≤0. 2% ，wSi ≤0. 5% ， wMn≤1. 7% ，wAl ≥0. 015% ，性能 上( 厚 度≤16 mm 规 格) ，要 求 屈 服 强 度 ≥420 MPa，抗 拉 强 度 为520 ～ 680 MPa，断 面 伸 长 率 ≥ 19% ，0 ℃ 下 的 纵 向 冲 击