CN101993995B

CN101993995B - 超高强度带钢水淬冷却方法及装置

Info

Publication number: CN101993995B
Application number: CN2010105699480A
Authority: CN
Inventors: 梁轩; 朱立新; 王文广; 阳代军; 赵运堂; 黄学启
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: CN101993995A

Abstract

本专利的目的在于提供一种超高强度带钢水淬冷却方法及装置，本发明包括入口张力辊(2)，出口张力辊(16)、水淬冷却槽(5)、冷却槽内设置水淬喷嘴(8)和拉矫机(10)，且冷却槽与气体密封装置(4)、气体循环装置(6)，水循环装置(9)、水封装置(14)，烘干装置(15)、带钢运行线对中装置(3)和张力控制系统(17)相连；待冷却带钢经入口张力辊(2)进入水淬冷却槽(5)，水淬冷却槽前段的数个水淬冷却喷嘴(8)喷射高压水对带钢进行冷却，钢板冷却到250～350℃后经过水淬冷却槽(5)下部的拉矫机(10)，通过实施温矫的方式矫正带钢板形；冷却矫形后带钢经过出口张力辊(16)移出水淬冷却装置；可以在实现快速冷却的同时获得良好板形的超高强度钢板。

Description

超高强度带钢水淬冷却方法及装置

技术领域

本专利涉及一种超高强度带钢水淬冷却方法及装置，属于钢带材料冷轧后的连续热处理技术范畴。

背景技术

保护环境，实现可持续发展，已经成为21世纪人类的共识。随着现代汽车工业的发展，减重节能已经成为大势所趋。汽车轻量化研究的结果表明，为达到“减重节能，减少排放”的目的，汽车工业必须大量使用高强度钢。由世界著名钢铁公司资助的ULSAB计划的研究结果表明，在代表汽车用钢未来发展方向的新车型C级车中，相变强化的双相钢已占整个结构用钢的74％左右，780Mpa以上的超高强度钢已占55％以上。因此，如何生产超高强度钢是钢铁公司研究的重点。

超高强度带钢通常采用具有快速冷却装置的连续退火机组生产，为使钢板达到780Mpa及其以上强度，且具有优良的焊接性能，同时降低生产成本，必须尽量减少钢中的合金元素含量，但这降低了相变强化高强钢板退火冷却时的淬透性，故当均热后的冷却速度较慢时将不能获得所需强度等级的高强钢板。因此，为了获得具有良好焊接性能的超高强度冷轧板，必须保证退火冷却时非常快的冷却速度，即连续退火机组必须装备水淬冷却等快速冷却装置。

采用水淬快冷的超高强度带钢的连续退火工艺为：

开卷-清洗-加热-均热-缓冷-水淬快冷-酸洗-再加热-回火-冷却-平整-精整-高强度冷轧板

水淬冷却是目前冷却速度最快的冷却方法，也是一种廉价的生产超高强钢的方法，添加较少量的合金元素也可生产超高强度等级的双相、多相及马氏体高强钢。然而，采用水淬快冷技术将带来严重的板形问题，水淬冷却的钢板一般存在严重的浪形。

通常，水淬钢板板形不良的主要原因是水淬过程中钢板表面蒸汽膜的不均匀去除导致钢板各部位冷却不均匀形成的钢板内部残余应力。如何消除这种残余应力进而改进板形是水淬冷却技术的关键问题。众所周知，连退线上的平整工序可以改善板形，然而，这是对于普通软钢或低强度钢而言，对于采用水淬冷却的超高强度多相钢而言，要通过轧制力和变形量都较小的平整工序来消除这种板形缺陷是非常困难甚至是不可能的，因此，需要采取其它措施来改善水淬钢板的板形，最直接的方法是在水淬时采用改善均匀冷却或其它方法消除或降低钢板内部残余应力以改善板形。

日本专利特开平2008-19505提供了一种连续退火炉用的水淬冷却方法，该方法通过使高温带钢经过一个喷射槽和浸没槽相连的水淬系统实现快速冷却，主要通过喷射槽中喷射高压水冷却带钢，喷射水温度为25～60℃，浸没槽介质温度为60～90℃，喷射槽下部装有水封装置14。该专利的冷却方法采用快冷加缓冷的冷却技术，可以在一定程度上防止带钢出现浪形、翘曲等板形不良，并能生产部分高强钢。该专利的主要缺点是：①在主要决定板形的喷射冷却段没有考虑消除带钢热应力和相变应力及均匀冷却，使得水淬后带钢板形较差，这使得后续通板困难，并决定了带钢较差的成品板形；②在槽中采用了高温有机化学介质，不利于后续处理，并且对炉况和环境都是非常有害的。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高强度带钢水淬冷却方法及装置，在保证水淬快冷高冷却速度的同时，充分考虑快速冷却时超高强钢的相变特点，并采取较高温度的矫正板形措施，从而可以得到良好板形的超高强度钢板。

本发明的技术方案是：

一种超高强度带钢水淬冷却装置，包括：入口张力辊2，出口张力辊16、水淬冷却槽5、冷却槽内设置水淬喷嘴8和拉矫机10，且冷却槽与气体密封装置4、气体循环装置6，水循环装置9、水封装置14，烘干装置15、带钢运行线对中装置3和张力控制系统17相连；

水淬冷却槽5中设置6～18对水淬喷嘴8，依次布置在水淬冷却槽5前段待冷却带钢的运行路径两侧；

拉矫机10位于水淬喷嘴8下方，由水淬冷却槽5中的弯曲辊单元11、矫直辊单元12组成；

利用超高强度带钢水淬冷却装置生产超高强度带钢水淬冷却方法，所述超高强度带钢的化学成分为(重量百分比)：C：0.08～0.25％，Si：0.1～0.8％，Mn：0.8～2.2％，Als：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，Ti：0.02～0.06％，Cr：0.1～0.8％，Mo：0.1～0.8％，余量为Fe和不可避免杂质；待冷却带钢经入口张力辊2进入水淬冷却槽5，水淬冷却槽5前段的水淬喷嘴8喷射高压水对带钢进行冷却，钢板冷却到250～350℃后经过水淬冷却槽5下部的拉矫机10，通过实施温矫的方式矫正带钢板形；冷却矫形后带钢经过出口张力辊16移出水淬冷却装置；

水淬喷嘴8喷射脱盐水的水温为30～90℃，水压为0.2～1.0Mpa；

实施板形矫正的拉矫张力为1.5-8Kgf/mm²，拉矫延伸率为2～8％。

本发明一种超高强带钢水淬冷却装置，包括：入口张力辊2，供待冷却带钢1进入水淬冷却槽5，并参与实现拉矫；出口张力辊16，供冷却后的带钢1移出水淬冷却槽5，并参与实现拉矫；水淬冷却槽5，包括：6～18对水淬喷嘴8，依次布置在水淬冷却槽5前段待冷却带钢1的运行路径两侧，高速喷射高压水对带钢1进行冷却；拉矫机10，位于水淬喷嘴8下方，对带钢1实施温矫以改善板形。

在该水淬冷却装置中，水淬喷嘴8喷射脱盐水的水温为30～90℃，水压为0.2～1.0Mpa。

在该水淬冷却装置中，由水淬冷却槽5入口的入口张力辊2、出口的出口张力辊16、水淬冷却槽5中的拉矫机10和张力控制系统17完成带钢拉矫变形，实施板形矫正的拉矫张力为1.5～8Kgf/mm2，拉矫延伸率为2～8％。

气体密封装置4安装在水淬冷却槽5的入口处，使所述带钢水淬冷却槽5中的气体被密封；气体循环装置6使水淬冷却槽5内气体循环，以保证水淬冷却槽5上部气氛和压力；水循环装置9使水淬冷却槽5内的水循环以保持预定温度和洁净度；水封装置14安装在水淬冷却槽5的出口处，使水淬冷却槽5出口处被密封；烘干装置15，安装在水封装置14后，烘干带钢；带钢运行线对中装置3，对准所述带钢的中线位置。

本发明一种超高强带钢水淬冷却方法，所述超高强度带钢的化学成分为(重量百分比)：C：0.08～0.25％，Si：0.1～0.8％，Mn：0.8～2.2％，Als：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，Ti：0.02～0.06％，Cr：0.1～0.8％，Mo：0.1～0.8％，余量为Fe和不可避免杂质，包括如下步骤：待冷却带钢1经入口张力辊2进入水淬冷却槽5，水淬冷却槽5前段的水淬喷嘴8喷射高压水对带钢1进行快速冷却，钢板冷却到250～350℃后经过水淬冷却槽5下部的拉矫机10，通过实施温矫的方式矫正带钢板形；冷却矫形后带钢1经过出口张力辊16移出水淬冷却装置。水淬喷嘴8喷射脱盐水的水温为30～90℃，水压为0.2～1.0Mpa。由水淬冷却槽5入口的入口张力辊2、出口的出口张力辊16、水淬冷却槽5中拉矫机10及张力控制系统17完成带钢拉矫变形，实施板形矫正的拉矫张力为1.5-8Kgf/mm2，拉矫延伸率为2～8％。

本发明的技术效果：本发明超高强度带钢水淬冷却方法及装置采用水淬冷却槽对钢板实施快速冷却，在水淬冷却之后通过拉伸弯曲矫直的方法矫正板形，可以在实现快速冷却的同时获得良好板形的超高强度钢板。本发明通过水淬喷嘴喷射高压水将钢板冷却到250～350℃后采用拉伸矫直的方式矫正板形，由于此时钢板还处于较高温度，比室温时更容易变形，因此矫正板形更容易；其次，还可充分利用超高强钢快速冷却发生马氏体相变时具有4％体积膨胀的特点，通过水淬冷却槽的入口、出口的张力辊的大张力，结合水淬槽中的弯曲辊、矫直辊的弯曲矫直作用，可以很好地改善水淬钢板的板形，去除了普通水淬冷却方法在冷却时没有对带钢实施拉伸矫直从而不能消除淬火相变应力的缺点；然后，在拉伸弯曲矫正板形的过程中，还可以通过水淬工艺参数的调整提高水淬冷却终点温度，同时调整拉矫工艺，使钢板中奥氏体发生形变诱导相变，这可使矫正板形能耗更低、效果更好。通过采用这种结合拉伸弯曲矫直的水淬快速冷却方法，可以将普通水淬冷却的平直度由40～80IU降低至6-15IU，从而获得良好板形的超高强度钢板。

附图说明

图1为本发明超高强度钢水淬冷却装置的结构示意图；

图中：1：带钢；2：入口张力辊；3：带钢运行线对中装置；4：气体密封装置；5：水淬冷却槽；6：气体循环装置；7：稳定辊；8：水淬喷嘴；9：水循环装置；10：拉矫机11：弯曲辊单元；12：矫直辊单元；13：转向辊；14：水封装置15：烘干装置16：出口张力辊；17：张力控制系统。

图2是本发明超高强度带钢水淬冷却方法及装置的实施例形态示意图。

具体实施方式

本发明一种超高强度钢水淬冷却装置，如图1所示，包括：入口张力辊2，供待冷却带钢1进入水淬冷却槽5，并参与实现拉矫；出口张力辊16，供冷却后的带钢1移出水淬冷却槽5，并参与实现拉矫；

水淬冷却槽5中包括：6～18对水淬喷嘴8，依次布置在水淬冷却槽5前段待冷却带钢1的运行路径两侧，高速喷射高压水对带钢1进行冷却；拉矫机10，位于水淬喷嘴8下方，由弯曲辊单元11、矫直辊单元12组成；水淬冷却槽5中带钢1两侧的稳定辊7和槽底的转向辊13等。

本发明的水淬冷却装置还包括：

气体密封装置4安装在所述水淬冷却槽5的入口处，使水淬冷却装置中的气体被密封；

气体循环装置6使水淬冷却槽5内气体循环以保证其气氛和压力；

水循环装置9使水淬冷却槽5内的水循环以保持预定温度和洁净度；

带钢运行线对中装置3对准所述带钢1的中线位置；

烘干装置15烘干水淬后带钢1；

水封装置14使水淬冷却装置出口处被密封；

张力控制系统17控制带钢1的张力并实现带钢1的拉矫。

本发明的操作流程如下：

待冷却带钢1经入口张力辊2进入水淬冷却槽5，水淬冷却槽5前段的水淬喷嘴8喷射高压水对带钢1进行冷却，钢板冷却到250～350℃后经过水淬冷却槽5下部的拉矫机10，通过实施温矫的方式矫正带钢板形；冷却矫形后带钢1经过出口张力辊16移出所述水淬冷却装置。

在水淬冷却槽5的入口处装有气体密封装置4使所述带钢水淬冷却装置中的气体被密封；气体循环装置6使水淬冷却槽5内气体循环以保证水淬冷却槽5上部气氛和压力；水循环装置9使水淬冷却槽5内的水循环以保持预定温度和洁净度；水封装置14使水淬冷却槽5出口处被密封；烘干装置15烘干水淬后带钢1；带钢运行线对中装置3对准所述带钢1的中线位置，张力控制系统17，控制带钢1的张力并实现带钢的拉矫

本发明超高强度带钢水淬冷却方法及装置所应用的水淬快速冷却工艺段位于连续退火线的缓冷工艺段后，酸洗段之前。经均热后缓慢冷却的带钢1经入口张力辊2、气体密封装置4进入水淬冷却与拉伸矫直结合的水淬冷却槽5。首先，带钢1通过由两列高压水喷嘴8组成的水淬段，通过控制喷射高压水压力等，对带钢1实施均匀快速冷却；当带钢1冷却至250～350℃时，带钢1经过由弯曲辊单元11和矫直辊单元12组成的拉矫机10，通过水淬冷却槽5入口和出口的张力辊的大张力控制，结合弯曲辊和矫直辊的弯曲矫直作用，完成对带钢的温矫变形，同时消除快速冷却热应力和相变应力，从而获得良好板形的带钢。在水淬冷却装置的入口设置气体密封装置4，在出口设置水封装置14，以确保整个冷却系统的稳定。

水淬喷嘴8的主要作用是通过将温度30～90℃、压力0.2～1.0Mpa的脱盐水高速喷射到带钢表面实现快速冷却，通过控制水温、水压来控制水淬冷却速率和改善冷却均匀性，而通过改变投入水淬喷嘴8的对数，即冷却段的长度，可以较好的控制冷却的终点温度。当然如果冷却长度不变，改变冷却速率也会改变冷却的终点温度。为使高压水淬时钢板稳定运行不擦伤喷嘴，水淬冷却槽5前段配有三对稳定辊7。通过调节高压水温、水压等，水淬冷却的冷却速率可以超过300℃/s(对1mm带钢)。

入口张力辊2、出口张力辊16、拉矫机10及张力控制系统17的主要功能是：由于通常的高压水喷射冷却容易导致相变强化超高强钢快冷时的钢板内部热应力和相变应力，从而导致翘曲、浪形等板形问题，因此，拉矫的主要作用是将钢板冷却到250～350℃后对钢板实施拉伸弯曲矫直作用，即通过温矫作用改善带钢板形；另一方面，超高强钢快速冷却发生马氏体相变时将有约4％体积膨胀，通过水淬冷却槽5的入口张力辊2、出口的张力辊16的大张力(1.5-8Kgf/mm²)，结合水淬冷却槽5中的弯曲辊11、矫直辊12的弯曲矫直作用，在发生相变同时给钢板一个充分变形空间，可很好的消除相变应力和热应力，从而可很好的改善水淬钢板的板形。此外，张力控制系统17也有助于改善水淬钢板的快速冷却效果。

带钢运行线对中装置3的作用是当拉矫机10投入使用时，调整对中以保证带钢运行线处于水淬喷嘴8之间中心位置以避免对某侧喷嘴的损坏。

为防止水淬冷却槽5段的水蒸汽向前段扩散泄漏，水淬冷却槽5的入口装有气体密封装置4，这样，水淬冷却的水蒸气不会流入其它炉段，这可保证炉区较稳定的气氛。

水封装置14使水淬冷却槽5出口处被密封；

水循环装置9保持水淬冷却槽5内水温的稳定，必须使水循环，此外，还包括气体循环装置6、转向辊13和烘干装置15等其它辅助装置。

本发明的有益效果：

本发明结合了高压水喷射冷却工艺和拉伸矫直工艺，通过喷射水淬将钢板冷却到250～350℃后采用温矫的方式矫正板形，因此矫正板形比通常的平整矫形更容易、效果更好；另一方面，本专利充分利用超高强钢快速冷却发生马氏体相变时具有4％体积膨胀的特点，通过入口、出口张力辊的大张力，结合水淬冷却槽中的弯曲辊、矫直辊的弯曲矫直作用，不仅可以很好的改善水淬钢板的板形，而且去除了普通水淬冷却方法在冷却时没有对带钢实施拉伸矫直从而不能消除淬火热应力和相变应力的缺点；再一方面，在拉伸弯曲矫正板形的过程中，还可以通过水淬工艺和拉矫工艺参数的调整使钢板中奥氏体发生形变诱导相变，这可提高拉矫温度，使矫正板形能耗更低、效果更好。因此采用发明生产的带钢具有良好板形，可以满足超高强钢生产对连续退火机组快速冷却的要求。

图2示出了根据本发明的超高强度带钢水淬装置的具体实现方式。水淬冷却槽5包括8对高压水冷喷嘴8、3对稳定辊7和两个弯曲辊单元11加一个矫直辊单元12的拉矫机10。每两对稳定辊7之间为一段高压水淬段，每一段高压水淬段布置有4对高压水冷喷嘴8。水淬冷却区长度为4m，拉矫区长度为1m。本发明对带钢喷射高压水淬火，同时实施温矫矫正带钢板形。

示例1，被冷却带钢为厚度0.8mm的980Mpa双相钢(马氏体含量约30％)。当均热缓冷后约650℃的高温带钢经入口张力辊2、气体密封装置4等进入本发明的水淬冷却槽5中时，水淬喷嘴8喷射0.7～0.8Mpa约60℃的脱盐水到运行中的高温带钢表面快速冷却带钢，同时，控制拉矫延伸率约3～5％，采用走带速度V＝200mpm＝3.3m/s，8对高压水冷喷嘴8和两弯一矫的拉矫全部投入。

本实施例中，通过控制高压水冷参数，将钢板冷却到320℃，在发生马氏体相变后即完成温矫过程，消除冷却热应力和相变应力，从而可以得到良好板形的钢板。本实施例中的钢板水淬后板形值为约10～12IU，大大优于采用普通水淬工艺钢板的板形。

示例2，被冷却带钢为厚度1.2mm的1470Mpa马氏体钢(马氏体含量约80％)。当均热缓冷后约700℃的高温带钢经入口张力辊2、气体密封装置4等进入本发明的水淬冷却槽5时，水淬喷嘴8喷射0.8～0.9Mpa约40℃的脱盐水到运行中的高温带钢表面快速冷却带钢，同时控制拉矫延伸率约4～6％，采用较高的走带速度V＝260mpm＝4.3m/s，8对高压水冷喷嘴和两弯一矫的拉矫全部投入。

本实施例中，通过控制高压水冷参数，将钢板冷却到290℃，在发生马氏体相变后即完成温矫过程，消除冷却热应力和相变应力，从而可以得到良好板形的钢板。本实施例中的钢板水淬后板形值为约12～15IU，优于采用普通水淬马氏体钢钢板的板形。

示例3，被冷却带钢为厚度1.0mm的1000Mpa复相钢(含约40％马氏体和贝氏体)。经均热缓冷后带钢温度约620℃，组织中含约60％铁素体、10％贝氏体和30％奥氏体，当此带钢经入口张力辊2、气体密封装置4等进入本发明的水淬冷却槽5时，水淬喷嘴8喷射0.7～0.8Mpa约65℃的脱盐水到运行中的高温带钢表面快速冷却带钢，同时控制拉矫延伸率约4～7％，采用走带速度V＝200mpm＝3.3m/s，而且8对高压水冷喷嘴和两弯一矫的拉矫全部投入。

本实施例中，通过控制高压水冷参数，钢板通过水淬喷嘴进入拉矫区前钢板冷却到约340℃，此时已经有约25％的奥氏体完成马氏体相变，同时还有约5％的残余奥氏体，此时钢板进入温矫过程，通过两弯一矫的拉伸弯曲变形使钢板中残余奥氏体形变诱导相变，完成马氏体相变，同时拉矫变形也消除了冷却热应力和相变应力，从而可以得到良好板形的钢板。本实施例中的钢板水淬后板形值为约10～12IU，明显优于采用普通水淬复相钢钢板的板形。

由以上实施例可看到，在本发明的冷却方法中，可以通过控制高压水冷参数、拉矫工艺参数等来控制水淬冷却钢板的板形。不仅冷却速度极快，同时还可获得良好的快冷后带钢板形，可以满足超高强钢的生产对连续退火机组快速冷却的要求。

Claims

1.一种超高强度带钢水淬冷却装置，其特征在于，包括：入口张力辊(2)，出口张力辊(16)、水淬冷却槽(5)、冷却槽内设置水淬喷嘴(8)和拉矫机(10)，且冷却槽与气体密封装置(4)、气体循环装置(6)，水循环装置(9)、水封装置(14)，烘干装置(15)、带钢运行线对中装置(3)和张力控制系统(17)相连；水淬冷却槽(5)中设置6～18对水淬喷嘴(8)，依次布置在水淬槽前段待冷却带钢的运行路径两侧；拉矫机(10)位于水淬喷嘴(8)下方，由水淬槽中的弯曲辊单元(11)、矫直辊单元(12)组成。

2.一种利用权利要求1超高强度带钢水淬冷却装置生产超高强度带钢水淬冷却方法，所述超高强度带钢的化学成分为(重量百分比)：C：0.08～0.25％，Si：0.1～0.8％，Mn：0.8～2.2％，Als：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，Ti：0.02～0.06％，Cr：0.1～0.8％，Mo：0.1～0.8％，余量为Fe和不可避免杂质，其特征在于：待冷却带钢经入口张方辊(2)进入水淬冷却槽(5)，水淬冷却槽前段的数个水淬喷嘴(8)喷射脱盐水对带钢进行冷却，钢板冷却到250～350℃后经过水淬冷却槽(5)下部的拉矫机(10)，通过实施温矫的方式矫正带钢板形；冷却矫形后带钢经过出口张力辊(16)移出水淬冷却装置；水淬喷嘴(8)喷射脱盐水的水温为30～90℃，水压为0.2～1.0MPa；实施板形矫正的拉矫张力为1.5-8kgf/mm²，拉矫延伸率为2～8％。