CN101633976A

CN101633976A - 一种适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺

Info

Publication number: CN101633976A
Application number: CN200910091825A
Authority: CN
Inventors: 武会宾; 唐荻; 余伟; 蔡庆伍; 王立军
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2010-01-27

Abstract

本发明提供一种生产不同厚度高强韧钢板的在线直接淬火工艺，技术方案是：将钢坯加热至1150℃－1280℃；分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为800℃－880℃；采用高密度层流冷却实现钢板在线淬火，层流冷却由上层流集管和下喷射集管组成的冷却区构成，冷却区包括强冷段、粗冷段和精冷段三部分，粗冷段和精冷段的上、下部集管水流量比固定为1∶1.5，强冷段的上、下部集管水流量可在范围1∶3.0－1∶1.4自由调节。本发明解决了传统再加热淬火+回火的调质工艺生产高强钢带来投资大、成本高的技术瓶颈，具有节约能源、缩短工艺流程、提高生产效率的显著功效，适宜钢铁工业普及生产。

Description

一种适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺

技术领域

本发明属于钢铁生产工艺领域，特别涉及钢板的在线直接淬火技术。

背景技术

在控制轧制和控制冷却的后续热处理过程，国内外高强钢普遍采用再加热淬火+回火(即调质处理)方式生产，这种生产工艺不仅增加了设备投资，而且工序繁多，钢材成本增加，极大地制约了经济效益的提高。国内也有采用非调质处理工艺生产高强度钢板的报道，如2006年的中国专利申请(申请号为200610051936.2)公开了“1100Mpa级非调质高强钢及其生产方法”，此发明的不足在于热轧后还需要进行大压下量的冷轧工艺，工艺流程复杂，投资大。又如2008年的中国专利申请(申请号为200810013604.4)公布了“一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法”，此发明采用水幕冷却方式，只适合成品厚度为20～50mm的厚钢板，对于较薄规格的钢板难以解决因为冷却不均匀带来的板形平直度问题，且对钢板的成分要求苛刻，难以在合金钢生产领域普遍推广。

直接淬火(又名在线淬火或在线直接淬火)是指钢在热轧终止处于奥氏体组织时，通过急冷处理使轧件组织产生相变马氏体和贝氏体，细化晶粒，起到改善材质韧性的作用。相对再加热淬火工艺，直接淬火工艺省略再加热奥氏体化过程，节约能源并简化了工艺。直接淬火后，钢板的淬硬性比传统再加热淬火工艺条件下增大了1.4～1.5倍。生产实践证明，轧制后直接淬火与传统的再加热淬火相比，能大大提高低碳钢和低合金钢的强度，同时由于减少合金元素含量而降低了碳当量，改善了焊接性能，同时可提高钢的强韧配比。德国Dillinger厂已经成功地把厚板轧机后面的加速冷却线改造成可以进行直接淬火，但不足之处在于生产产品也仅限于厚规格板材，适用范围较窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以广泛适合生产薄规格和厚规格高强度钢板的在线直接淬火工艺方法，采用高密度层流冷却方式，解决传统再加热淬火+回火的调质工艺生产高强钢带来投资大、成本高的技术瓶颈，具有节约能源、缩短工艺流程、提高生产效率的显著功效，适宜钢铁工业普及生产。

为达到上述目的，本发明设计了在线淬火工艺生产高强度钢板。在线淬火工艺采用的成分设计是：利用多元低合金元素Cr、Mo、Cu、Ni并添加部分微合金元素Nb、V、Ti、B等合金化，配合后期的控制轧制，充分利用轧制后钢板的余热，利用高密度层流冷却方式，实现钢板＞25℃/s的快速冷却，使钢板在线淬火，节省了同类钢板下再加热淬火的工序，提高了生产效率，节约了能源和投资成本。

本发明的技术方案是：将钢坯加热至1150℃-1280℃；分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为800℃-880℃；采用高密度层流冷却进行钢板在线淬火，层流冷却由上层流集管和下喷射集管组成的冷却区构成，冷却区包括强冷段、粗冷段和精冷段三部分，粗冷段和精冷段上、下部集管水流量比固定为1∶1.5，强冷段的上、下部集管水流量可在范围1∶3.0-1∶1.5自由调节。薄规格厚度在1-小于15mm的钢板冷却时，开启粗冷段和精冷段集管水量进行冷却，强冷段集管保持关闭；厚规格厚度在15-50mm钢板冷却时，开启强冷段、粗冷段和精冷段集管水量进行冷却，不同厚度钢板在通过冷却区平均冷却速度为25℃/s-45℃/s，冷却终止温度降至450℃以下，从而实现在线直接淬火；对淬火后的钢板在200℃-650℃温度区间回火以消除钢板残余应力和组织均匀性，并充分利用析出强化作用改善钢板综合力学性能。

前述方法中，所述钢板在线淬火的同时，通过安装在集管两侧的侧喷装置清扫钢板表面热水，利用气吹扫装置限定冷却区。

前述方法中，所述钢坯成分按重量百分比为：C：0.04-0.50％Si：0.15-2.00％，Mn：0.50-2.00％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Nb：≤0.10％％V：≤0.07％，Ti：≤0.040％，Ni：≤0.40％％，Mo：≤0.40％，Cu：≤1.20％，Cr：≤1.50％，B：0.0005-0.0030％中的两种或两种以上，其余为Fe及不可避免的杂质。

前述方法中，所述钢板的厚度为1mm-50mm。

高密度管层流冷却方式主要优点包括：

(1)冷却集管不像水幕冷却那样冲击区比较集中，因此不易发生钢板表面过度冷却，使钢板厚度方向冷却比较均匀，这一优点对厚板是很重要的。

(2)比较容易地改善板宽方向上冷却地均匀性。

(3)设备制造工艺简单，维护方便，对水质的要求低于水幕装置，水流稳定性好。

(4)冷却能力调节比较灵活。由于没有成幕性的要求，因此流量调节范围较宽，可采用调整水流量的手段或改变集管组数相结合的手段来提高终冷温度的控制精度和调整冷却速度，这对薄规格钢板和对冷却速度有特殊要求的钢板的控冷尤为有利。

(5)可以充分利用侧喷装置和吹扫装置清扫钢板表面热水，提高水的冷却效果，控制冷却板形。保证冷却区入口测温仪的测温精度，控制钢板冷却板形。

本发明的有益效果在于：

(1)灵活选择运用高密度管层流冷却区的强冷段、粗冷段和精冷段三段或或粗冷段和精冷段两段方式，采用不同的上下水流量比，可以实现不同厚度钢板直接淬火对冷却水量的要求，本发明实用钢板厚度范围1.0mm-50mm，实现产品规格多样化生产工艺。

(2)采用高密度管层流冷却方式的合理控制，能够达到较高的冷却速度及较低的终冷温度，实现在线淬火，相对于TMCP工艺，冷却过程更容易控制，冷却更加均匀，获得的钢板性能更加稳定。

(3)在线淬火工艺生产高强度高韧性钢板，主要通过合理设计轧制、冷却及回火工艺实现钢板性能，对化学成分要求不严，可在较少合金含量的情况下实现钢板高强度、高韧性。

(4)轧后直接淬火工艺的采用，能够保留低温大压下终轧时钢板组织内部的高密度位错，为相变增加形核点，组织明显细化。同时位错的保留也为回火时第二相粒子的析出提供了便利。

(5)采用轧后直接在线淬火工艺。以不低于25℃/s的冷却速率在线淬火，获得与常规调质钢同类型的高强高韧性组织，节省了同类钢板下再加热淬火的工序，生产周期短、成本低，提高了生产效率，节约能源，可广泛应用于冶金、建筑、能源、机械、石化、船舶、交通、采掘等行业所需高强度钢板的生产。

具体实施方式

实施例1

钢板成分按重量百分比为C：0.09％Si：0.22％，Mn：1.4％，V：0.05％，Ti：0.014％，P：0.009％，S：0.0025％。坯料厚度220mm，将钢坯加热至1230℃，板坯通过粗轧机、精轧机轧制后，奥氏体晶粒充分细化。在钢板轧后高温状态下迅速进入ACC进行在线直接淬火。整个过程由计算机精确控制工艺要求的冷却速度、终冷温度等，使钢板达到在线直接淬火的效果。轧制过程特别控制钢板的终轧温度，实现轧制与冷却的最佳配合。直接淬火后的钢板进行适当的回火处理，完全达到调质处理的效果。

轧制工艺：粗轧开轧温度1160℃，粗轧终轧温度1020℃；中间坯待温至930℃开始精轧，中间坯厚度100mm，精轧轧钢终止温度为820℃，钢板成品厚度40mm。

直接淬火工艺：厚度为40mm的钢板出精轧机后进入冷却区域，开启强冷段、粗冷段和精冷段集管水量进行冷却。强冷段上、下部集管水流量控制1∶2.3，粗冷段和精冷段上、下部集管水流量控制1∶1.5，冷却速度为35℃/s；充分利用侧喷装置清扫钢板表面热水，提高水的冷却效果。利用气吹扫装置，限定冷却区，防止钢板表面残留水对钢板的不均匀冷却，保证冷却区入口测温仪的测温精度，控制钢板冷却板形。

回火工艺：钢板回火温度控制在630℃，时间为150min。

力学性能检测结果见表2和表2，可见不同取样部位性能差异小，工艺稳定可靠，具备高强高韧性。

表1钢板拉伸力学性能试验结果

表2钢板不同部位取样的系列温度冲击实验结果

实施例2

钢板成分按重量百分比为C：0.05％Si：0.26％，Mn：1.74％，Ni：0.3％，Mo：0.25％，Nb：0.054％，Ti：0.012％，P：0.010％，S：0.003％。坯料厚度150mm，将钢坯加热至1220℃，板坯通过粗轧机、精轧机轧制后，奥氏体晶粒充分细化。在钢板轧后高温状态下迅速进入ACC进行在线直接淬火。整个过程由计算机精确控制工艺要求的冷却速度、终冷温度等，使钢板达到在线直接淬火的效果。轧制过程特别控制钢板的终轧温度，实现轧制与冷却的最佳配合。直接淬火后的钢板进行适当的回火处理，完全达到调质处理的效果。

轧制工艺：粗轧开轧温度1150℃，粗轧终轧温度1010℃；中间坯待温至930℃开始精轧，中间坯厚度65mm，，精轧轧钢终止温度为820℃，钢板成品厚度20mm。

直接淬火工艺：厚度为20mm的钢板出精轧机后进入冷却区域，开启强冷段、粗冷段和精冷段集管水量进行冷却。强冷段上、下部集管水流量控制1∶2.3，粗冷段和精冷段上、下部集管水流量控制1∶1.5，冷却速度为30℃/s；充分利用侧喷装置清扫钢板表面热水，提高水的冷却效果。利用气吹扫装置，限定冷却区，防止钢板表面残留水对钢板的不均匀冷却，保证冷却区入口测温仪的测温精度，控制钢板冷却板形。

回火工艺：钢板回火温度控制在620℃，时间为90min。

力学性能检测结果见表3和表4，可见不同取样部位性能差异小，工艺稳定可靠，具备高强高韧性。

表3钢板拉伸力学性能试验结果

表4钢板不同部位取样的系列温度冲击实验结果

实施例3

钢板成分按重量百分比为C：0.17％Si：1.3％，Mn：1.55％，Ni：0.10％，Nb：0.054％，Ti：0.012％，P：0.010％，S：0.003％。坯料厚度80mm，将钢坯加热至1220℃，板坯通过粗轧机、精轧机轧制后，奥氏体晶粒充分细化。在钢板轧后高温状态下迅速进入ACC进行在线直接淬火。整个过程由计算机精确控制工艺要求的冷却速度、终冷温度等，使钢板达到在线直接淬火的效果。轧制过程特别控制钢板的终轧温度，实现轧制与冷却的最佳配合。直接淬火后的钢板进行适当的回火处理，完全达到调质处理的效果。

轧制工艺：粗轧开轧温度1150℃，粗轧终轧温度1010℃；中间坯待温至930℃开始精轧，中间坯厚度25mm，精轧轧钢终止温度为840℃，钢板成品厚度3mm。

直接淬火工艺：厚度为3mm的钢板出精轧机后进入冷却区域，只开启粗冷段和精冷段集管水量进行冷却，粗冷段和精冷段上、下部集管水流量控制1∶1.5，冷却速度为35℃/s；充分利用侧喷装置清扫钢板表面热水，提高水的冷却效果。利用气吹扫装置，限定冷却区，防止钢板表面残留水对钢板的不均匀冷却，保证冷却区入口测温仪的测温精度，控制钢板冷却板形。

回火工艺：钢板回火温度控制在620℃，时间为20min。

力学性能检测结果屈服强度ReL＝508MPa，抗拉强度Rm＝690MPa，断后伸长率A＝28.3％，冲击功AKV(-20℃)＝85J。

Claims

1、一种适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺，将钢坯加热至1150℃-1280℃，分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为800℃-880℃，其特征在于，采用高密度层流冷却进行钢板在线淬火，层流冷却由上层流集管和下喷射集管组成的冷却区构成，冷却区包括强冷段、粗冷段和精冷段三部分，粗冷段和精冷段上、下部集管水流量比固定为1∶1.5，强冷段上、下部集管水流量在范围1∶3.0-1∶1.5自由调节；薄规格厚度在1-小于15mm的钢板冷却时，开启粗冷段和精冷段集管水量进行冷却，强冷段集管保持关闭；厚规格厚度在15-50mm钢板冷却时，开启强冷段、粗冷段和精冷段集管水量进行冷却；不同厚度钢板在通过冷却区平均冷却速度为25℃/s-45℃/s，冷却终止温度降至450℃以下，对淬火后的钢板在200℃-650℃温度区间回火。

2、如权利要求1所述的适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺，其特征在于，所述钢板在线淬火的同时，通过安装在集管两侧的侧喷装置清扫钢板表面热水，利用气吹扫装置限定冷却区。

3、如权利要求1所述的适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺，其特征在于，所述钢坯成分按重量百分比为：C：0.04-0.50％ Si：0.15-2.00％，Mn：0.50-2.00％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Nb：≤0.10％％V：≤0.07％，Ti：≤0.040％，Ni：≤0.40％％，Mo：≤0.40％，Cu：≤1.20％，Cr：≤1.50％，B：0.0005-0.0030％中的两种或两种以上，其余为Fe及不可避免的杂质。

4、如权利要求1所述的适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺，其特征在于，所述钢板的厚度为1mm-50mm。