CN102671938B - 控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法 - Google Patents

控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法 Download PDF

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一种控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法，属于轧钢技术领域。步骤为：加热炉均热段温度控制在1080-1120℃，保温时间30-40分钟，保证合金元素的均匀化扩散；经过6道次粗轧，6道次中轧，6道次预精轧，10道次无扭精轧，合理设定各变形阶段的轧制温度和变形量；开启并强化精轧过程中的水冷导位，精轧温升控制在100-120℃；轧后采用五个水冷箱进行快速冷却，保证前三个水冷箱的温降在100-150℃，吐丝温度控制在850-900℃；盘条吐丝后，合理设定辊道传输速率和盘条在斯太尔摩风冷线上的厚度，空冷速率控制在1-3℃/s,相变温度控制在700-780℃。优点在于，有效的将低碳钢盘条带状组织级别控制在2级以下，大大提高了材料组织均匀性和冷镦能力，工艺适用性强。

Description

控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，提出了一种控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法，有效的降低了带状组织，提高了盘条的拉拔和冷镦性能，工艺实用性强，适合高速线材厂低碳冷镦钢盘条质量的提升。
背景技术
低碳冷镦钢盘条是金属制品和标准件使用最广泛的原材料，其深加工工艺包括：机械除鳞-酸洗除鳞-中丝拉拔-退火-冷镦成型-调质处理，其中拉拔断丝和冷镦开裂是深加工行业最关心的问题，尤其是冷镦开裂对生产的影响最大，所以提高塑性和冷变形能力一直是冷镦钢线材品种开发的重点。对于冷镦开裂分为两种，一种是塑性开裂，这和盘条的表面质量有很大关系，另一种是脆性开裂，或者叫延性开裂，这不仅和盘条基体夹杂物形态的控制有关，更和材料各个方向延伸变形能力的均匀性有很大关系，其中最典型组织状态就是带状组织。
带状组织在Mn＞0.8％的低碳钢中普遍存在，其组织状态表现在盘条纵截面方向上是平行排列的珠光体带和铁素体带，这样的形态极大地破坏了材料在各个方向上的均匀延伸性能，恶化材料的冲击性能和冷变形能力，其产生的原因是连铸坯凝固过程中枝晶偏析：枝晶位置首先凝固，合金元素含量低，枝晶间凝固温度低，容易造成C、Mn、Cr等合金元素的偏析，在高线轧制过程中，这种偏析为延伸和压缩变形，导致成品盘条纵截面位置显微组织局部合金元素高，局部合金元素低，合金元素低的位置在轧后的冷却过程中首先发生铁素体相变，同时向富含Mn、Cr等元素的位置排碳，另外，富含Mn、Cr的合金元素的偏析区，本来发生铁素体相变的温度就低，再加上外来碳元素的促进作用，更降低了相变温度，最后发生珠光体转变，形成珠光体带状，而先发生铁素体相变的合金元素偏低区域形成铁素体带状。
对于降低合金钢的带状组织，刘云旭等人在中厚板上进行了一些列研究，取得了一定的效果，首钢研究人员在齿轮钢棒材上也进行了多次试验，通过降低精轧温度，提高热轧变形量，将齿轮钢带状控制在2.5级以下，同时，通过棒材生产线全过程的控轧控冷，成功的开发出冷镦钢大盘卷，北车集团更是通过材料的热处理成功的控制了带状组织的级别，但是对于低碳钢冷镦钢高速线材的带状组织研究，鲜有报道，主要是一直以来，对于冷镦钢的塑性开裂以及带状组织对深度拉拔和冷镦开裂影响的研究不够深入，另一方面，科研人员认为线材的大变形能够最大限度的促进组织内合金元素的扩散，同时通过细化晶粒来达到组织均匀性的目的，提高冷变形能力，但是随着标准件加工工艺复杂程度加大和冷变形量的提高，细化晶粒的作用反而不利于冷镦钢盘条的深加工，目前冷镦钢以及非调质冷镦钢产品对低屈强比的追求，就是最好的佐证。
本发明通过大量的实验，结合用户的使用效果，提出了一种控制低碳钢盘条带状组织的高线生产工艺方法，强化加热炉对元素偏析的扩散作用，轧制过程道次变形量分配造成的动态再结晶和亚动态再结晶对原始奥氏体组织的细化作用，尤其是在高线轧制低碳冷镦钢首次引入对精轧温升和轧后快速冷却的控制，有效的降低了低碳钢盘条带状组织的级别。
发明内容
本发明提供了一种控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法，适合高速线材厂，尤其是没有配备减定径机组的轧线，开发组织性能优越的低碳冷镦钢，用于控制冷镦钢的组织性能，提高盘条的组织均匀性和冷变形能力。
本发明的工艺步骤如下：
1.加热炉均热段温度控制在1080-1120℃，均热段保温时间30-40分钟，保证合金元素的均匀化扩散；
对于连铸160mm的方坯，其铸坯内部存在的枝晶和枝晶间的成分偏析是客观存在的，而且不同于大坯型两火成材的轧制工艺，本工艺采用一火成材，所以对加热炉的加热工艺，一方面要求尽量高的加热温度和较长的保温时间，最大限度的利用高温扩散，提高铸坯的成分均匀性，但是为合理控制初轧前的奥氏体晶粒大小，防止晶粒的异常长大，对加热温度和保温时间要有全面的考虑。
2.粗轧6道次，变形量70-75%；中轧6道次，变形量82%；预精轧6道次，变形量65%；精轧采用10道次无扭连续轧制，变形量89.4%，精轧入口温度为850-900℃；
轧制过程各道次变形量如表1所示
轧制阶段 粗轧 中轧 预精轧 精轧 吐丝
进口尺寸 160mm 80mm 34mm 20mm 6.5mm
形变量 75% 81.9% 65% 89.4%
轧速 0.11m/s 0.56m/s 3.10m/s 8.97m/s 85m/s
形变温度 940-980℃ 900-940℃ 880-920℃ 850-900℃ 840-880℃
粗轧和中轧过程主要是完成铸坯原始凝固组织的破碎，其细化机制是道次间静态再结晶，对道次变形量和间隔时间有一定要求；预精轧的轧制速率已经很高，真应变速率在20-60/s,形变储存能累计造成轧制过程中的动态再结晶，毕竟动态再结晶是和获得均匀细化组织的最有效方法之一，所以对变形量和变形温度有严格要求，防止在部分再结晶区间轧制而造成组织异常长大。
精轧入口的温度控制在850-900℃，精轧入口的温度对于控制形变奥氏体轧制的状态很关键，过高的精轧入口温度，容易造成晶粒异常长大，很难获得细片状被压扁的形变奥氏体状，如图1所示，从而不易实现组织的细化和均匀化，对比不同精轧入口温度下的带状组织，如图2,3，其中精轧880℃下的组织带状级别最小。
3.开启并强化精轧过程中的水冷导位，精轧温升控制在100-120℃；
精轧温升是高速线材轧制的基本特征，高线十架连轧的形变温升大约在150℃，所以即便控制精轧温度，实际上轧后的形变奥氏体都会在形变温升作用下，组织发生异常长大，所以通过水冷导位的对精轧过程中的坯料进行冷却是必须的，冷却水温度控制在15-24℃，水压0.4-0.6Mpa。
4.轧后采用五个水冷箱进行快速冷却，保证前三个水冷箱对盘条的冷却温降在100-150℃，吐丝温度控制在850-900℃；
轧后采用五个水冷箱对盘条进行快速冷却，保证前三个水箱的冷却温降，其各水冷段和恢复段长度如图5所示，控制吐丝温度。
5.盘条吐丝后，合理设定辊道传输速率和盘条在斯太尔摩风冷线上的厚度，空冷速率控制在1-3℃/s,珠光体相变温度控制在700-780℃。
盘条吐丝后，采用标准延迟型斯太尔摩冷却工艺，通过控制各段的传动速率来控制盘条在冷却线上的厚度，空冷速率控制在1-3℃/s,相变温度控制在700-780℃。如表2所示，结合保温罩的开关情况，控制盘条的冷却速率和相变温度。
表2风冷线各冷却段的辊速设置
1段 2－4段 5－6段 7段 8段 9段 10段 11-13段
速度m/s 0.20 0.22 0.23 0.24 0.26 0.28 0.34 0.42
本发明的优点在于有效的将低碳钢盘条带状组织级别控制在2级以下，大大提高了材料组织均匀性和冷镦能力，工艺适用性强。
附图说明
图1为没有控轧控冷工艺的低碳冷镦钢带状组织级别，在3级以上。
图2为采用常规控轧控冷工艺的低碳冷镦钢带状组织级别，在2.5级左右。
图3为采用被发明工艺的低碳冷镦钢带状组织级别，在1.5-2级以下。
图4精轧后的水冷线布置图。
具体实施方式
实施例1
本发明在首钢一线材厂开发6.5规格低碳冷镦钢22A中得到实施和应用，具体工艺如下：
a.钢坯为连铸160mm方坯，加热炉均热段温度控制在1120℃，均热段保温时间40分钟，保证合金元素的均匀化扩散；
b.经过6道次粗轧，变形量75%；6道次中轧，变形量82%；6道次预精轧，变形量65%；精轧采用10道次无扭连续轧制，精轧入口温度为900℃；
c.开启并强化精轧过程中的水冷导位，精轧温升控制在100℃；
d.轧后采用五个水冷箱进行快速冷却，保证前三个水冷箱对盘条的冷却温降在140-150℃，吐丝温度控制在890℃；
e.盘条吐丝后，合理设定辊道传输速率和盘条在斯太尔摩风冷线上的厚度，空冷速率控制在3℃/s,相变温度控制在720℃。
实施例2
本发明在首钢水钢公司高线材厂开发6.5规格低碳冷镦钢22A中得到实施和应用，具体工艺如下：
a.钢坯为连铸150mm方坯，加热炉均热段温度控制在1080℃，均热段保温时间30分钟，保证合金元素的均匀化扩散；
b.经过6道次粗轧，变形量71%；6道次中轧，变形量82%；6道次预精轧，变形量65%；精轧采用10道次无扭连续轧制，精轧入口温度为860℃；
c.开启并强化精轧过程中的水冷导位，精轧温升控制在120℃；
d.轧后采用五个水冷箱进行快速冷却，保证前三个水冷箱对盘条的冷却温降在100℃，吐丝温度控制在860℃；
e.盘条吐丝后，合理设定辊道传输速率和盘条在斯太尔摩风冷线上的厚度，空冷速率控制在1℃/s,相变温度控制在780℃。

Claims (1)

1.一种控制低碳钢盘条带状组织的高线生产方法，其特征在于，工艺步骤如下
a.加热炉均热段温度控制在1080℃，均热段保温时间30分钟，保证合金元素的均匀化扩散，提高铸坯的成分均匀性，同时防止铸坯组织的异常长大；
b.经过6道次粗轧，变形量71%；6道次中轧，变形量82%；6道次预精轧，变形量65%，预精轧真应变速率在20-60/s,造成轧制过程中的动态再结晶，细化奥氏体晶粒；精轧采用10道次无扭连续轧制，精轧入口温度为860℃，获得扁平状的形变奥氏体晶粒；
c.开启并强化精轧过程中的水冷导位，精轧温升控制在120℃，冷却水温度控制在24℃，水压0.4-0.6Mpa，控制轧制过程中的形变奥氏体组织异常长大；
d.轧后采用五个水冷箱进行冷却，前三个水冷箱对盘条的快速冷却，温降在100℃，防止轧后奥氏体组织的异常长大，吐丝温度控制在860℃；
e.盘条吐丝后，合理设定辊道传输速率和盘条在斯太尔摩风冷线上的厚度，空冷速率控制在1-3℃/s,相变温度控制在700-780℃。
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