CN101758091B - 热轧h型钢轧后控制冷却工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热轧H型钢轧后控制冷却工艺，热轧H型钢终轧后进入冷却装置，由上、下喷嘴分别对准热轧H型钢上下R部，左、右喷嘴分别对准热轧H型钢左右侧翼缘中心，进行喷水冷却，其特征在于，所述冷却水水压为0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷却速率为75-150℃/s，冷却时间3-5s，将热轧H型钢从850-1000℃终轧后冷却至相应钢种马氏体相变点以上20-30℃。采用本发明冷却工艺可使H型钢芯部铁素体实际晶粒度由8-10级细化至10-12级，并在热轧H型钢表层形成贝氏体+索氏体组织，从而显著提高热轧H型钢强度和韧性，屈服强度提高70MPa以上。
Description
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，尤其涉及一种热轧H型钢轧后控制冷却工艺。
背景技术
目前，H型钢热轧生产线还没有形成成熟的冷却理论和冷却工艺技术，已经成为工业生产的瓶颈。这主要是由于H型钢断面形状的复杂性，其在线控冷很容易出现腰部残留水和冷却不均匀的现象，将影响轧件的断面形状和性能均匀性，产品易产生内并外扩变形及腹板浪、裂纹等缺陷。
近年来该技术己引起国内外企业和科研院所的重视，在日本、德国、意大利等一些国家都有研究的报道。1990年卢森堡阿贝德公司开发了QST技术，即H型钢轧后淬火加自回火控制冷却工艺。德国应用QST热处理工艺，在精轧机后设置一冷却段，H型钢出精轧后立即进行喷水淬火冷却，然后自回火，提高了H型钢的屈服强度和韧性。但该技术还不成熟，存在冷却不均匀和轧件变形等问题。并且在我国，用户不易接受采用轧后淬火加自回火工艺强化的钢材，认为淬火自回火后形成的回火层降低钢材的使用性能，主要问题有：钢材的屈强比大；焊接性能下降；钢材的应力时效大。所以该技术在我国无法推广应用。
《轧钢》杂志2004年第5期第15-17页刊登了名称为“热轧H型钢控制冷却工艺研究”的论文，该论文披露了一种H型钢热轧后气雾控制冷却装置，该装置采用水气雾化冷却，水压为0.20-0.25MPa、气压为0.15-0.25MPa、水流量为200-350L/h、气流量为9.5-15.0m3/h，冷却速率为15-30℃/s，最大冷却速度只有30℃/s，产品的组织为铁素体+珠光体，与一般空冷后的组织相同，但铁素体含量增多，且铁素体晶粒要比空冷的铁素体晶粒平均细0.5级以上，产品的屈服强度提高了50MPa左右，由于冷却速率较低，其对产品强度、韧性等性能指标的提高有限。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种热轧H型钢轧后控制冷却工艺，冷却速率达到75-150℃/s，既可避免热轧H型钢表面形成淬火回火组织，又可显著细化晶粒，提高屈服强度提高70MPa以上。
为解决上述的技术问题，本发明提供的热轧H型钢轧后控制冷却工艺是，热轧H型钢终轧后进入冷却装置，由上、下喷嘴分别对准热轧H型钢上下R部，左、右喷嘴分别对准热轧H型钢左右侧翼缘中心，进行喷水冷却；在所述H型钢的腹板下喷嘴有三个，中间喷嘴对腹板下表面进行冷却，其余两个喷嘴冷却下部的R角；腹板上喷嘴有两个，分别冷却上部的R角，腹板上表面由冷却集水进行冷却；在所述H型钢翼缘外侧的左、右喷嘴各有多个，其对翼缘和腹板结合部的冷却强度大于翼缘端部，并且左、右喷嘴的开启数量根据规格进行调整，其特征在于，所述冷却水水压为0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷却速率为75-150℃/s，冷却时间3-5s，将热轧H型钢从850-1000℃终轧后冷却至相应钢种马氏体相变点以上20-30℃。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
(1)本发明在热轧H型钢万能终轧机出口处对热轧H型钢不同部位进行高水压、大水量喷水均匀冷却，冷却速率为75-150℃/s，使热轧H型钢从850-1000℃终轧后终冷至相应钢种马氏体相变点以上20-30℃左右，使H型钢芯部铁素体实际晶粒度由8-10级细化至10-12级，并在热轧H型钢表层形成贝氏体+索氏体组织，从而显著提高热轧H型钢强度和韧性。采用本发明可将热轧H型钢产品(产品规格范围为高度H250mm-800mm、宽度B250mm-410mm、厚度t≤35mm)的屈服强度提高70MPa以上，屈强比≤0.83，延伸率≥20％，并满足相应的标准要求。
(2)本发明在腹板下部每组冷却单元有三个喷嘴，中间喷嘴对腹板下表面进行冷却，其余两个喷嘴冷却下部的R角；腹板上部每组冷却单元有两个喷嘴，分别冷却上部的R角，腹板上表面由冷却集水进行冷却，从而保证腹板冷却的均匀性；在翼缘外侧每组冷却单元有若干个喷嘴，其对翼缘和腹板结合部的冷却强度大于翼缘端部，并且侧喷嘴的开启数量可根据规格进行调整，从而保证翼缘冷却的均匀性，因此，采用本发明冷却后的H型钢不产生严重的、无法矫正的形变；
(3)本发明冷却速率没达到淬火的程度，控制冷却后不出现有害组织，H型钢强度和韧性显著提高。
(4)由于喷高压水超快速冷却开始和终止温度较高，且时间较短，可在轧材表面形成较为致密的氧化膜，随后进行空冷，与其它水冷方式相比，可显著改善轧材的表面质量，减缓锈蚀。
(5)由于喷高压水超快速冷却主要是在轧后冷却过程中提高强度，因此，不会增加轧机负荷，这就绕开了开发高级别钢种轧机能力不足的问题，拓宽了可开发钢种的范围。
具体实施方式
本发明的技术原理为：热轧H型钢在再结晶区的连续轧制过程中可以使奥氏体承受反复的强烈变形，利用轧制过程亚动态再结晶强化机制，从而形成均匀的晶粒尺寸很小的奥氏体再结晶晶粒。对上述奥氏体施以高速度的强化冷却，在3-5s时间范围内，将奥氏体迅速冷却到马氏体相变温度附近上方，进行终轧奥氏体组织冻结，从而有效地抑制了相变前的奥氏体晶粒长大。在随后的空冷条件下芯部细小的奥氏体晶粒转变为细小的铁素体+珠光体组织，表层有少量的贝氏体+索氏体组织。对于加入V、Nb、Ti等微合金元素的钢种，通过轧后超快速冷却，由于轧件迅速通过奥氏体区，碳氮化物会大量形核，并限制了析出物的长大，析出的碳氮化物会更细小、均匀，从而显著提高其析出强化的效果。故其强化机理包括相变强化、细晶强化和析出强化。
本发明的实施步骤为：
(1)H型钢按常规工艺进行轧制，轧后立即进行喷水快速冷却，即采用高水压(0.7-1.2MPa)、大水量(1200-2000m3/h)，将轧件表面形成的气膜打破，大大改善其冷却传热条件，提高冷却速度，冷却速率达到75-150℃/s。
(2)喷水冷却的冷却时间要控制在3-5s范围内，使轧件迅速通过奥氏体区，抑制奥氏体晶粒的长大；对加入V、Nb、Ti等微合金元素的钢种，可显著提高其析出强化的效果。
(3)严格控制终冷温度在马氏体相变点以上20-30℃，避免热轧H型钢表面形成淬火回火组织。
(4)考虑到轧后的H型钢的温度分布不均匀，所以在喷嘴的布置上考虑了加强高温度区域的冷却强度，同时也考虑了腹板上面与下面接受冷却条件的差异性：
1)腹板下部每组冷却单元有三个喷嘴，中间喷嘴对腹板下表面进行冷却，其余两个喷嘴冷却下部的R角；腹板上部每组冷却单元有两个喷嘴，分别冷却上部的R角，腹板上表面由冷却集水进行冷却。从而保证腹板冷却的均匀性。
2)翼缘外侧每组冷却单元有若干个喷嘴，其中对中间腰腿结合部的冷却强度大于翼缘端部，并且侧喷嘴的开启数量可根据规格进行调整。从而保证翼缘冷却的均匀性。
3)翼缘两侧的冷却系统可以横移，从而保证对所有规格H型钢的冷却均匀性。
通过采取以上措施，H型钢腹板和翼缘的温度差可控制在50℃以内，实现了H型钢翼缘和腹板的温度分布均匀，从而保证了H型钢断面组织和性能的均匀性。
(5)轧件上冷床后自然冷却，然后打捆、入库。
通过喷高压水快速冷却技术改变H型钢轧后的组织结构，控制其相变过程，实现H型钢新钢种的开发，以低成本的普碳钢为基材，通过不添加或少添加微合金元素开发高效节约型热轧H型钢，可获得巨大的经济和社会效益：
(1)使用Q275B钢种生产345MPa强度H型钢，可以少添加Mn、Si等合金元素；
(2)使用Q345B钢种生产450MPa级H型钢，可以不添加或少添加Nb，V，Ti等微合金元素。具体如以下两个实施列。
实施例1：用Q275强度级别钢的成分轧制345MPa强度级别热轧H型钢
采用化学成分为0.10-0.17％C，0.17-0.35％Si，0.75-1.00％Mn，0.035％S，0.035％P的普通碳素结构钢连铸异型坯作原料，连铸坯料规格为750mm×450mm×120mm，成品规格为594mm×302mm×14mm×23mm，在“步进梁式加热炉加热→高压水除鳞→开坯轧制→万能粗轧机组往复轧制→万能精轧机轧制”生产工艺流程上轧制，其中开坯机一架，两架万能粗轧机及置于两架万能粗轧机之间的一架轧边机组成万能粗轧机组，一架万能精轧机，开坯轧制道次约7次，万能道次9-10道，轧边道次为3-5道，万能精轧道次为1道，坯料加热温度为1200-1230℃，终轧温度为850-1000℃。
经过万能精轧后，轧件进入超快速冷却装置，冷却装置长14m，辊道速度2-4m/s，轧件在冷却器出口处温度为440-450℃。
轧件到达冷床后，由于表面温度低于心部温度，出现表面返热现象，表面返热温度在550-750℃左右。随着轧件在冷床上移动，温度逐渐降低，直至冷却到室温状态。
在室温下对热轧H型钢各项力学性能指标进行检验，其ReL为385MPa，Rm为520MPa，A为28％，20℃纵向冲击功AkV为240J，满足GB/T 1591-2008标准要求。
实施例2：用Q345强度级别钢的成分轧制450MPa强度级别热轧H型钢
采用化学成分为0.14-0.17％C，0.35-0.50％Si，1.20-1.40％Mn，0.035％S，0.035％P，0.02-0.04％V的普通低合金结构钢连铸异型坯作原料，连铸坯料规格为750mm×450mm×120mm，成品规格为338mm×325.4mm×30.5mm×30.5mm，在“步进梁式加热炉加热→高压水除鳞→开坯轧制→万能粗轧机组往复轧制→万能精轧机轧制”生产工艺流程上轧制，其中开坯机一架，两架万能粗轧机及置于两架万能粗轧机之间的一架轧边机组成万能粗轧机组，一架万能精轧机，开坯轧制道次约6次，万能道次7-8道，轧边道次为2-4道，万能精轧道次为1道，坯料加热温度为1200-1230℃，终轧温度为850-1000℃。
经过万能精轧后，轧件进入超快速冷却装置，冷却装置长14m，辊道速度2-4m/s，轧件在冷却器出口处温度为490-500℃。
轧件到达冷床后，由于表面温度低于心部温度，出现表面返热现象，表面返热温度在550-750℃左右。随着轧件在冷床上移动，温度逐渐降低，直至冷却到室温状态。
在室温下对热轧H型钢各项力学性能指标进行检验，其ReL为485MPa，Rm为590MPa，A为23％，0℃纵向冲击功AkV为190J，满足BS 4360-1986标准要求。
Claims (3)
1.一种热轧H型钢轧后控制冷却工艺，热轧H型钢终轧后进入冷却装置，由上、下喷嘴分别对准热轧H型钢上下R部，左、右喷嘴分别对准热轧H型钢左右侧翼缘中心，进行喷水冷却；所述H型钢的腹板下喷嘴有三个，中间喷嘴对腹板下表面进行冷却，其余两个喷嘴冷却下部的R角；腹板上喷嘴有两个，分别冷却上部的R角，腹板上表面由冷却集水进行冷却，所述H型钢翼缘外侧的左、右喷嘴各有多个，其对翼缘和腹板结合部的冷却强度大于翼缘端部，并且左、右喷嘴的开启数量根据规格进行调整；其特征在于，所述冷却水水压为0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷却速率为75-150℃/s，冷却时间3-5s，将热轧H型钢从850-1000℃终轧后冷却至相应钢种马氏体相变点以上20-30℃。
2.如权利要求1所述的热轧H型钢轧后控制冷却工艺，其特征在于，所述左、右喷嘴可以横移。
3.如权利要求1所述的热轧H型钢轧后控制冷却工艺，其特征在于，冷却后的H型钢芯部为细小的铁素体+珠光体组织，表面有少量的贝氏体+索氏体组织。
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