CN100540707C

CN100540707C - 一种宽厚规格超细晶粒热轧卷板的生产方法

Info

Publication number: CN100540707C
Application number: CNB2005100475389A
Authority: CN
Inventors: 孙建伦; 张万山; 郝森; 关菊; 孙群; 王科强; 刘立群; 陈克东
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: CN1952197A

Abstract

本发明公开一种宽厚规格超细晶粒热轧卷板的生产方法，化学成份为，以重量百分比计：C：0.12～0.18%，Si：0.12～0.25%，Mn：0.70～1.30%，P：≤0.02%，S：≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质，板卷厚度8～14mm，本发明通过适当提高精轧入口温度，加大精轧机架冷却量，合理分配精轧机架各道次的变形量，使其在奥氏体未再结晶区进行；轧后快速冷却及较低温度的卷取，得到超细化的铁素体及贝氏体的多相组织，铁素体晶粒尺寸为3～6μm，其力学性能为屈服强度均达到400Mpa以上，抗拉强度超过520Mpa，延伸率大于28%。钢中不含特殊的合金元素，替代同级别的低微合金钢，节约合金资源，为企业带来巨大的经济和社会效益。

Description

一种宽厚规格超细晶粒热轧卷板的生产方法

技术领域

本发明涉及一种热连轧钢板及其生产方法，尤其是一种宽厚规格超细晶粒热连轧卷板的生产方法。

背景技术

目前，钢铁材料仍然是工程结构材料的主体。但是，随着现代工业的快速发展，钢铁工业所面临的节省资源、节约能源、保护环境的压力越来越大。要求材料经济环保，性能优越，对钢铁的材料的强度、使用寿命和可靠性提出了更高的要求，以满足轻量节能汽车、大跨度载重桥梁、高层建筑、大型工程机械、深井采油管和大口径输油(气)管、大型高性能舰船等的需要。而材料的超细化是提高钢铁材料物理、机械性能的最经济有效的一种手段。目前，以简单的C-Mn系为基础，采用特殊的加工工艺使钢铁材料的晶粒明显细化，大幅度提高其性能，延长使用寿命，有效地提高资源的利用率和回收率，已经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，并取得了明显的进展。现在，东北大学轧制技术及连轧自动化实验室和宝山钢铁集团公司、鞍山钢铁集团公司、攀枝花钢铁集团公司和钢铁研究总院等单位的研究者们，已经形成了以Q235类普碳钢的成分为基础，生产较薄规格(≤8mm)强度翻番的具有超细晶粒的热连轧钢板的生产技术，而对宽厚规格(≥8mm)的超细晶粒的热轧卷板，由于受轧机轧制能力和卷取能力的限制，存在相当的难度。

发明内容

为解决生产宽厚规格(≥8mm)超细晶粒热轧卷板在受到轧机轧制能力和卷取机卷取能力的限制等技术难题，本发明提供了以普通碳素钢成分的宽厚规格超细晶粒热连轧卷板的生产方法。

本发明依据热轧条件和随后的冷却条件下钢的形变细化以及相变细化机理，通过调整精轧工艺，适当提高精轧入口温度，加大精轧机架间的喷水冷却，合理分配精轧F1-F7机架各道次的变形量，克服了低温轧制宽厚规格钢板时轧制抗力和电机负荷超极限的难题；采用新的控轧控冷工艺，使铁素体晶粒组织得到了超细化。

本发明的目的是这样实现的，为使在轧制过程中获得满足性能的宽厚规格超细晶粒热连轧钢板，本发明对普通SS400的化学成分进行了调整和优化，具体为：C：0.12～0.18％，Si：0.12～0.25％，Mn：0.70～1.30％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质，其规格为厚8～14mm，宽800～1630mm的热连轧卷板。

本发明轧制过程包括连铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取等，其特点是采取了以下生产工艺：

1)成分要求范围内的连铸坯加热控制在1100～1150℃之间，防止奥氏体晶粒过分长大，有利于后续的精轧区的控制轧制，同时也节约了能源；

2)精轧开轧入口温度适当提高，控制在960～980℃之间，以便轧机顺利咬入；

3)精轧F1-F7机架各道次的变形量控制范围依次为35～30％、30～25％、25～21％、21～18％、18～14％、14～10％、10～8％，以克服低温轧制宽厚规格钢板时轧制抗力和电机负荷超极限的难题，同时在F1-F7机架间喷水冷却来保证精轧出口温度在依然在770～820℃之间，以保留变形组织、抑制奥氏体再结晶和晶粒长大；

4)连轧后立即采用层流冷却，冷却速度为25～35℃/s，

5)控制在450～500℃之间卷取，保证适当的塑韧性。

本发明的优点及效果在于，通过调整精轧工艺，适当提高精轧入口温度，加大精轧机架间的喷水冷却，合理分配精轧F1-F7机架各道次的变形量，克服了低温轧制宽厚规格钢板时轧制抗力和电机负荷超极限的瓶颈问题，实现了宽厚规格超细晶粒热轧卷板的生产；通过控制轧制使其在奥氏体未再结晶区进行多道次、大变形增加相变形核速率，充分细化奥氏体晶粒；通过轧后快速冷却及较低温度的卷取，使晶粒尺寸更加细化，得到超细化的铁素体基体上分布适量贝氏体的多相组织，得到的铁素体晶粒尺寸为3～6μm，规格为厚8～14mm，宽800～1630mm的热连轧钢板，其力学性能为屈服强度均达到400Mp以上，抗拉强度超过520Mpa，延伸率大于28％。

这种钢的化学成分十分简单，容易冶炼。轧制出的超细晶粒钢板具有高强度，高塑韧性，合理的屈强比等优良的综合性能。钢中不合特殊的合金元素，可替代同级别的低微合金钢结构，节约了合金资源，具有很强的市场竞争力，能为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

附图1为本发明厚度为8mm的钢板金相组织照片，

附图2为本发明厚度为10mm的钢板金相组织照片，

附图3为本发明厚度为12mm的钢板金相组织照片，

附图4为本发明厚度为14mm的钢板金相组织照片，

附图5变形速率为1s^-1时的应力-应变曲线

附图6变形速率为2s^-1时的应力-应变曲线

附图7变形速率为5s^-1时的应力-应变曲线

附图8变形温度为900℃时不同应变速率下的应力-应变曲线

附图9变形温度为1000℃时不同应变速率下的应力-应变曲线

具体实施方式

本发明为降低生产成本，提高经济效益，对普通SS400的化学成分进行了调整和优化，使钢板的强度大幅度提高。为减轻加工和焊接劣化，同时适当起到固溶强化的目的，调整C为0.12～0.18％。为使Si起到固溶强化作用，又避免钢板表面性状变差，调整Si为0.12～0.25％。Mn能降低Ar₃相变点，扩大奥氏体相区作用，有助于晶粒细化增加强度，同时考虑到它有提高强度-延性均衡的作用，故调整Mn为0.70～1.30％。依据超细晶粒钢的要求，适当降低P、S含量，作到了钢质的经济洁净化。

本发明的工艺过程控制特点：连铸坯加热控制在1100～1150℃之间，降低烧钢温度防止了奥氏体晶粒的过分长大带来的晶界、晶隅减少，使以后晶粒细化的效果削弱，同时节省能耗。精轧开轧温度选在960～980℃之间，终轧温度选在770～820℃之间，使其在奥氏体未再结晶区进行多道次大变形应变积累，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。依据我们在Gleeble1500热模拟实验机上对成分优化后的试验钢进行单轴压缩实验，测出的不同变形温度和应变速率下的应力和应变曲线(附图5～9)及现有精轧机组具有变形速率高、道次间隔时间短、总变形量大的特点，对精轧F1-F7机架各道次的变形量进行了合理的分配，克服了低温轧制宽厚规格钢板时轧制抗力和电机负荷超极限的难题。

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，本发明采用层流冷却技术，其冷却速度选择为25～35℃/s。

卷取温度过高，钢材的组织比较粗大，导致塑性和韧性降低。在500℃左右卷取，冲击韧性较好，且其他各项性能均较好，由于钢板的规格较宽厚，钢板内外存在温差，本发明为加强冷却效果，选取在450～500℃之间卷取。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

采用本发明中设定的超细晶粒钢化学成分，在180吨转炉上冶炼4罐进行实验，并将浇铸成的连铸坯在热轧带钢厂按本发明的要求进行试轧制。钢的化学成分见表1，轧制过程中工艺参数见表2和表3，相应的机械性能和铁素体晶粒尺寸见表4，金相组织照片如图1～4所示。图5～9为本发明实施例不同变形速率和不同变形温度的应力-应变曲线。

表1实施例钢的化学成分(重量百分比％)

表2实施例钢的轧制过程温度(℃)及冷却速度(℃/s)

表3实施例钢的精轧过程中各机架的压下量(％)

表4实施例钢的机械性能和铁素体晶粒尺寸

实施例的钢采用本发明所描述的制造宽厚规格超细晶粒热连轧钢板卷的生产方法，得到了屈服强度为410～450MPa，抗拉强度在525～560MPa，延伸率在29～36％，铁素体晶粒尺寸为3.1～6.0μm的宽厚规格超细晶粒热连轧钢板。

Claims

1、一种宽厚规格超细晶粒热轧卷板的生产方法，其特征在于，化学成份为，以重量百分比计：C：0.12～0.18％，Si：0.12～0.25％，Mn：0.70～1.30％，P：≤0.02％，S：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质，其规格为厚8～14mm，宽800～1630mm的热连轧卷板，其轧制过程采取以下生产工艺：

轧制过程包括连铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取，

1)在成分要求范围内的连铸坯加热控制在1100～1150℃之间；

3)精轧F1-F7机架各道次的变形量控制范围依次为35～30％、30～25％、25～21％、21～18％、18～14％、14～10％、10～8％，同时在F1-F7机架间喷水冷却，精轧出口温度770～820℃；

4)连轧后立即采用层流冷却，冷却速度为25～35℃/s；

5)控制在450～500℃之间卷取。