CN100503864C - 一种中薄板坯连铸连轧生产超细晶粒钢板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种中薄板坯连铸连轧生产超细晶粒钢板的方法，钢板的化学成分为，重量百分比：C：0.12～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.87～1.20%，P：≤0.02%，S：≤0.015%，余量为Fe及其它杂质，本发明采用以下生产方法：铸坯直接热装，热装温度在800℃以上，加热到1100～1280℃；粗轧板坯减到30～60mm；精轧入口温度920～1050℃之间，施行多道次、大变形应变累积，钢带在精轧机架间平均变形速率在1～10/s之间，精轧出口温度在750～850℃之间；层流冷却速度为10～45℃/s，400～620℃卷取。热连轧钢板规格2～18mm，平均晶粒为3～7μm，屈服强度达到400MPa以上，抗拉强度在510～580MPa之间，延伸率超过26%。

Description

一种中薄板坯连铸连轧生产超细晶粒钢板的方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，涉及一种热轧钢板及其生产方法，尤其是在中薄板坯连铸连轧短流程热轧宽带钢生产线上，生产一种具有超细晶粒的热连轧钢板及其生产方法。
背景技术
晶粒超细化处理是提高钢铁材料物理、机械性能经济有效的一种手段，它能使材料强度提高的同时，降低材料的韧脆转变温度。当前，以简单的C-Mn系为基础，通过有效的工艺手段使钢铁材料的晶粒明显细化，性能显著提高，使最终产品达到超薄减重，寿命延长，已成为国际上钢铁材料研究最集中的热点之一。自我国设立“973”计划起，国内的相关科研机构和院校以及冶金企业都在进行这方面的研究，取得了明显的进展。现在，国内已经形成了以Q235类普碳钢的成分为基础，在常规的连铸(坯厚230mm)连轧生产线上轧制较薄规格(≤8mm)强度翻番的具有超细晶粒的热连轧钢板的成熟生产技术。众所周知，超细晶粒钢的生产工艺特点是低温大变形量(需要一定的板坯子厚度)轧制和轧后快速冷却，因此在中薄板坯(坯厚100～200mm)连铸连轧短流程热轧宽带钢生产线上生产(厚度2～18mm，宽度100)超细晶粒钢具有很大的难度。
发明内容
本发明公开一种中薄板坯连铸连轧生产超细晶粒钢板的方法。
本发明具体技术方案：
为使中薄板坯在连铸连轧短流程热轧宽带钢生产线上获得超细晶粒热连轧钢板，本发明对普通SS400钢的化学成分进行了调整和优化，钢板的化学成分为，重量百分比：C：0.12％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.87％～1.19％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，余量为Fe及其它杂质，规格为12～18mm的热轧钢板，这种钢板的显微组织主要为铁素体和珠光体，铁素体的平均晶粒尺寸为3～7μm，
本发明的轧制过程采取了以下生产工艺：
a.成分要求范围的钢水在浇铸时采用动态轻压下技术，得到规格为100～200mm×800～2000mm的铸坯；
b直接热装，热装炉温度在800℃以上，铸坯加热温度控制在1100～1280℃之间；
c坯料加热出炉后，用高压水除鳞装置进行除鳞；
d在二辊或四辊可逆式粗轧机上进行粗轧，使板坯减薄到30～60mm；
e精轧开轧入口温度控制在920～1050℃之间，在精轧机架间对钢坯施行多道次、大变形应变累积，精轧机F3～F5施行20％～55％的压下量，控制钢带在精轧机架间平均变形速率在1～10/s之间，同时在机架间喷水冷却来保证精轧出口温度在750～900℃之间；
f终轧后立即采用层流冷却，冷却速度为10～45℃/s，温度控制在400～620℃之间卷取。
上述具体技术方案的依据是：
一、成分的调整和优化：
为降低生产成本，同时提高钢材的强韧性，达到最终产品超薄减重和使用寿命的延长，对普通SS400钢的化学成分进行了调整和优化。
C在铁素体-珠光体钢中起着重要作用，是最经济最有效的强化元素，随着含C量增加，铁素体减少，渗碳体增加，渗碳体第二相强化作用增强，钢的强度增加，但塑性、韧性会降低。兼顾强度和韧性的综合影响，调整C为0.12～0.18％。
Si能溶于铁素体中，起到固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但随着硅含量的增加塑性和韧性将降低。同时Si若超过0.5％，会产生红锈，使钢板表面形状、涂装性及焊接性变差，为提高强度和避免钢板表面形状变差，调整硅含量为0.15％～0.35％。
Mn能降低Ar3相变点，扩大奥氏体相区，具有固溶强化作用。同时Mn可以抑制热轧后冷却过程中珠光体的产生，但为节约合金，调整锰量为0.65％～1.20％。
S和Fe合成的FeS，与Fe形成低熔点的共晶体，其熔点仅为985℃，且分布在晶粒边界上，当钢材在800～1200℃进行轧制时，由于共晶体熔化，减弱了晶粒间的联系，使钢材开裂，引起热脆，为避免热脆性和钢板的成形性及焊接性变差，严格控制钢中的硫含量≤0.015％，
由于碳钢中P在α-Fe中的溶解度较低，偏析倾向严重，使钢的低温脆性增加，特别是超过0.06％使焊接部的韧性变差，并且P在0.02％以上具有促进等轴铁素体的生成，降低屈服比的效果，因此调整P含量≤0.02％。
二、工艺过程的控制：
中薄板坯凝固较快，易获得较细的晶粒和较小的成分偏析，为能更进一步细化晶粒并减少铸坯中心区域偏析和疏松，使产品内部质量得到改善，在连铸机组上采用动态轻压下工艺，改善铸坯组织，有利于最终超细晶粒的形成。直接热装热送和1100～1280℃的烧钢温度，有效地节省了能源又防止了奥氏体晶粒的过分长大带来的晶界、晶隅减少，使以后晶粒细化效果的削弱。铸坯经加热出炉后，用上下双排喷水集管喷射高压水去除铁鳞，以改进板坯表面质量，然后经四辊可逆式粗轧机轧制，使板坯减薄到30～60mm，以达到头架精轧机辊缝可调节的有效范围，进精轧前的坯子厚度要根据成品的厚度合理设定，在轧制能力允许的前提下尽可能提高中间坯的厚度，以保证精轧的形变量，有利于形成大量的超细铁素体晶粒。控制轧制时的温度、形变量和变形速率对于使所形成的钢组织的细化及降低变形阻力非常有效，所以在920～1050℃之间进行精轧开轧，使其在奥氏体未再结晶区进行多道次大变形应变积累，在精轧机F3～F5施行20％～55％的压下量，有效地增加形变奥氏体的晶界、形变带和位错等缺陷，从而提高铁素体形核的有效晶界面积和铁素体的形核率，应变诱导铁素体相变达到细化铁素体晶粒的目的，控制钢带在精轧机架间平均变形速率在1～10/s之间，以减轻轧机的负荷。精轧机架间采用喷水冷却，为保证终轧温度在750～900℃之间，以保留变形组织、抑制奥氏体再结晶和晶粒长大。
强制冷却可以加大相变的过冷度，增加形核率，并且在较低温度下晶粒长大速度减慢，从而细化晶粒，改善组织性能。选择合适的卷取温度对钢的韧性影响很大，卷取温度过低，除会造成卷取困难外，还会产生更多的贝氏体从而使强度提高过多，韧性下降。卷取温度过高，钢材的组织比较粗大，导致塑性和韧性降低。故以冷却速度为10～45℃/s的层流冷却速度保证卷取温度在400～620℃之间。
本发明具有如下的优点和效果：
通过对普通SS400钢的化学成分进行调整和优化，及组织细化控制技术手段，在中薄板坯连铸连轧短流程热轧宽带钢生产线上，生产出规格为2～18mm的热连轧钢板，这种钢板的显微组织主要为铁素体和珠光体，铁素体的平均晶粒尺寸为3～7μm，屈服强度达到400MPa以上，抗拉强度在510～580MPa之间，延伸率超过26％，这种钢的化学成分十分简单，容易冶炼。轧制出的超细晶粒热连轧钢板具有高强度，高塑韧性，合理的屈强比等优良的综合性能，达到最终产品超薄减重和使用寿命的延长。轧制工艺的热装热送，显著地降低了能源消耗，同时缩短了生产时间，降低了生产成本和时间成本；钢中不含特殊的合金元素，可替代同级别的低微合金钢结构，节约了合金资源，能明显提高企业的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是2mm厚具有超细晶粒的热连轧钢板金相组织照片。
图2是6mm厚具有超细晶粒的热连轧钢板金相组织照片。
图3是12mm厚具有超细晶粒的热连轧钢板金相组织照片。
图4是18mm厚具有超细晶粒的热连轧钢板金相组织照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明采用如下化学成分(重量百分比)：C：0.12％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.87％～1.19％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
采用4组超细晶粒钢化学成分，在转炉上分别冶炼，并将浇铸成规格为100～200mm×800～2000mm的铸坯，直接热装，热装炉温度在800℃以上，加热温度控制在1100～1280℃之间；坯料加热出炉后，用双排高压水除鳞装置进行除鳞；在二辊或四辊可逆式粗轧机上进行粗轧，使板坯减薄到30～60mm；精轧开轧入口温度控制在920～1050℃之间，在精轧机架间对钢坯施行7道次、大变形应变累积，精轧机F3～F5施行20％～55％的压下量，控制钢带在精轧机架间平均变形速率在1～10/s之间，同时在机架间喷水冷却来保证精轧出口温度在750～900℃之间；
终轧后立即采用层流冷却，冷却速度为10～45℃/s，以控制在400～620℃之间卷取。
在中薄板坯连铸连轧短流程热轧宽带钢生产线上，按本发明的要求进行控制轧制，得到具有超细晶粒热连轧钢板。具体的实验及结果如以下各表。
表1为钢的化学成分，表2为轧制过程中工艺参数，表3为相应的机械性能和铁素体晶粒尺寸，金相组织照片如图1～4所示。
以上实施例采用本发明所描述的技术方法，在中薄板坯连铸连轧短流程热轧宽带钢生产线上，生产出了具有超细晶粒组织的热连轧钢板，其屈服强度在400～460Mpa之间，抗拉强度在510～580MPa之间，延伸率在27～36％之间，铁素体晶粒尺寸在3.0～7.0μm之间。
表1 实施例钢的化学成分(重量百分比)
Figure C200610045617D00081
表2 实施例钢的轧制过程控制参数
Figure C200610045617D00082
表3 实施例钢的机械性能和铁素体晶粒尺寸
Figure C200610045617D00091

Claims (1)

1、一种中薄板坯连铸连轧生产超细晶粒钢板的方法，其特征在于：钢板的化学成分为，重量百分比：C：0.12％～0.18％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.87％～1.20％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，余量为Fe及其它杂质，规格为12～18mm的热轧钢板，这种钢板的显微组织主要为铁素体和珠光体，铁素体的平均晶粒尺寸为3～7μm，采用上述成分的钢生产的超细晶粒钢板的生产方法，其工艺步骤如下：
a按成分要求范围的钢水浇铸成规格为100～200mm×800～2000mm的铸坯；
b直接热装，热装炉温度在800℃以上，铸坯加热温度控制在1100～1280℃之间；
c坯料加热出炉后，用高压水除鳞装置进行除鳞；
d在二辊或四辊可逆式粗轧机上进行粗轧，使板坯减薄到30～60mm；
e精轧开轧入口温度控制在920～1050℃之间，在精轧机架间对钢坯施行多道次、大变形应变累积，精轧机F3～F5施行20％～55％的压下量，控制钢带在精轧机架间平均变形速率在1～10/s之间，同时在机架间喷水冷却来保证精轧出口温度在750～850℃之间；
f终轧后立即采用层流冷却，冷却速度为10～45℃/s，温度控制在400～620℃之间卷取。
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