CN102686749B - 用于热轧金属带或金属板的热轧机和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热轧金属带(1)或金属板特别是钢带或钢板的方法，其中：1.a)在第一步骤1.a中使板坯或带材或板材(1)在热轧机(2)内经受一次或多次变形，用于产生均匀的精细的再结晶的奥氏体组织；和2)然后在第二步骤中使板坯或带材或板材(1)经受冷却，用于产生精细晶粒的组织，其特征在于，在热轧机(2)的至少两个轧机机架(3、4、5、6)之间在执行步骤a)时，使板坯或带材或板材(1)经受加热。本发明还涉及一种特别是用来实施根据本发明的方法的、用于热轧金属带或金属板(1)特别是钢带或钢板的热轧机(2)，其中热轧机(2)具有至少两个沿轧制方向(W)相继布置的轧机机架(3、4、5、6、7)，板坯或带材或板材(1)可以分别在所述轧机机架中经受变形，其特征在于，在至少两个轧机机架(3、4、5、6)之间设置有用于加热轧制件的加热机构(8、9、10)。

Description

用于热轧金属带或金属板的热轧机和方法
本发明涉及一种用于热轧金属带或金属板特别是钢带或钢板的方法，其中：
1.a)在第一步骤中使板坯或带材或板材在热轧机内经受一次或多次变形，用于产生均匀的精细晶粒的奥氏体组织；和
2)然后在第二步骤中使板坯或带材或板材经受冷却，用于产生精细晶粒的组织。
利用热轧机制造钢带或钢板在现有技术中已有充分记载。相应的公开物例如见P.Uranga、A.I.等人的文章“Improvement of Microstructural Homogeneity inThemomechanical Processed Nb Steels by Thin Slab Casting”，第43届机械工艺和钢处理会议，夏洛特，ISS，第39卷，第511-529页；C.Klinkenberg等人的文章“Processing of Niobium Microalloyed API Grade Steel on a Thin Slab Plant”，材料科学论坛，第500-501卷，2005年，第253-260页；S.V.Subramanian等人的文章“Processmodeling of microalloyed steel for near net shane casting”，关于热机式处理的国际会议论文集：“Mechanics，Microstructure”，E.J.Palmiere等人编，谢菲尔德大学，谢菲尔德，2003年，第148-156页。
热机式方法(TM方法)一种典型应用是用来由微合金钢产生热轧的钢带和钢板。这种TM处理往往包括如下步骤：
在第一步骤1.a中在再结晶的温度范围内使奥氏体原始组织进行一次或多次变形，用于产生均匀的精细的再结晶的奥氏体组织。然后可以在步骤1.b中使再结晶的奥氏体组织进行一次或多次变形，用于产生尽可能展平的(flachgestreckt)位错明显的(versetzungsreich)非再结晶的奥氏体组织(所谓的饼状组织)。该第一步骤也称为奥氏体预处理(Konditionierung)。
最后，在第二步骤中，对第一步骤的媒质即经预处理的奥氏体组织进行冷却，用于在相转变情况下在制好的热轧带材或热轧板材中产生精细晶粒的组织。
制好的热轧带材或热轧板材的组织由铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的组合物构成，其中这四种组织成分的含量均可以介于0％和100％之间。
按照对TM方法的前述说明，也可以省去前述步骤1.b，即在奥氏体的非再结晶温度范围内的变形。在这种情况下，对奥氏体的预处理完全在奥氏体的再结晶温度范围内进行。
然而热机式热轧的难点在于，为了在再结晶范围内产生均匀地精细地再结晶的奥氏体晶粒(上述步骤1.a)，必须进行尽可能大的变形。精细地再结晶的组织的特点在于，无论以前的不均匀的铸造结构，还是分立的大晶粒或组织区域，都完全过渡为均匀的精细地再结晶的组织，其在平均晶粒大小周围的杂散度较小。通常，该条件不能得到满足，或者不能完全得到满足，进而导致未充分地预处理的奥氏体组织。
在奥氏体再结晶温度范围内的热轧第一步骤1.a中，接下来是在奥氏体非再结晶温度范围内的步骤1.b，在制好的热轧带材或热轧板材的厚度与板坯或中间带材的厚度的比例较大的情况下，通常只留有很少的剩余变形量用于在热机式处理的所述步骤1.b中进行后续变形。即使切断各个机架，这有时不足以使可能还存有的剩余铸造结构以及各个粗大的晶粒或组织区域过渡成由非再结晶的奥氏体晶粒构成的均匀的平的饼状组织。在这种情况下也有未充分预处理的奥氏体。
未充分预处理的奥氏体以不利的方式在制好的热轧带材或热轧板材中导致在平均晶粒大小周围的正常分布之外的各个粗大的晶粒，和/或导致以小角度晶粒界为其结构特征的组织区域。但这种组织区域导致制好的带材或板材的恶化的机械特性，特别是导致减小的韧性。
按照前述TM方法，在该方法的上述步骤1.a中，在奥氏体再结晶范围内的变形对于制好的钢带的特性有决定性的意义。在热机式处理的步骤1.a中所需要的变形度虽然可以部分地由提高的进入温度来代替，但这种方案受限于最大熔温以及在辊接触时的冷却以及在机架之间的热辐射，如果有多个机架参与该步骤。
本发明的目的因此在于，提出一种开头部分所述的能克服所述缺点的方法。据此将实现成本低廉地产生特别是热机式轧制的钢带或钢板，同时改善组织和机械特性。
本发明的另一目的在于，提出一种设备方案，其能够实施本发明的方法，且在其结构和应用多样性(Einsatzvielfalt)方面特别简单，此外仅需较小的安装空间。
在方法方面，采用本发明实现所述目的的解决方案的特征在于，在执行上述步骤1.a时，使板坯或带材在热轧机(2)的至少两个轧机机架(3、4、5、6)之间在步骤1.a的执行中经受加热。
优选有至少两个轧机机架(F1、F2)参与。
在所有相关的机架中的变形优选都在1000℃即优选的机架进入温度以上进行。由此有利地确保在再结晶范围内连续地轧制，然后全部变形导致再结晶的组织。
优选在所有相关的机架中都进行优选≥25％的相对道次压下(Stichabnahme)。由此有利地确保通过高的引入到材料中的位错密度以及通过与此相关的因内部摩擦引起的材料变热，同样连续地在再结晶范围内轧制。
优选在步骤1.a结束时存在有完全再结晶的精细晶粒的奥氏体组织，该组织具有在平均晶粒大小周围的很小的杂散度。铸造组织的平均晶粒直径通常为500-2000μm，其中特别是在板坯中间出现粗大的晶粒，基于这种铸造组织，实现优选再结晶的组织，其晶粒大小为40μm±约20μm。特别是对于微合金的尤其API品质的钢来说，可以得到30μm±约10μm的晶粒大小。
优选在步骤1.a结束时不存在残余铸造结构。优选在步骤1.a结束时必要时加入的微合金元素至少几乎完全溶解特别是＞90％的相应的分析含量溶解。
本发明意义下的加热系指全部有针对性地采取的措施，借此在一定程度上补偿机架之间的温度损失，使得在给定的变形、中间机架时间和原始晶粒大小情况下进行完全再结晶并消除铸造结构。
优选适当地组合变形能量、热能和中间机架时间，由此引入用来完全再结晶并消除铸造结构所需要的能量，从而完全再结晶并消除铸造结构。
为了实现在参与步骤1.a的全部机架中使得奥氏体完全再结晶，在第一和第二机架或者后续的机架之间对带材或板材进行加热。这里的加热是指对带材1进行加热，使得能调节目标明确的温度控制。这也可以包括借助合适的加热元件将带材1的温度保持在所希望的恒定水平(补偿机架之间的温度损失)，但也可以包括减轻带材1的冷却。
设备方面的目的通过一种用于热轧金属带或金属板的热轧机得以实现，其中在至少两个参与步骤1.a的轧机机架之间设置有用于加热轧制件的加热机构。
在此优选采用感应机构进行加热。优选加热到再结晶的温度范围内，特别是加热到轧制件完全再结晶，直到铸造结构完全消除。
在按照上述步骤1.a进行加热之后，且在执行可选的步骤1.b之前，可以对板坯或带材或板材进行冷却。在此优选将板坯或带材或板材冷却到非再结晶的温度范围内。
在按照上述步骤1.a进行的变形之后，紧接着是按照上述步骤1.b进行的变形，在根据1.a进行变形之后，优选利用水强制冷却到奥氏体的非再结晶的温度范围内。该温度范围根据钢分析、变形度和道次间隔时间来改变。为此在根据步骤1.a进行变形之后，任选地将一机架架起，且在后一机架之前和/或之后对中间带材进行高强度冷却，从而在温度低于变形的奥氏体的再结晶温度优选＜1000℃特别优选＜900℃时，产生用于根据步骤1.b的变形过程的进入温度。
最后，在第二步骤中，对第一步骤的媒质即经预处理的奥氏体组织进行冷却，用于在制好的热轧带材或热轧板材中产生精细晶粒的组织。
在制好热轧带材或热轧板材之后，其组织优选仅表现出奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体之中的一种和/或这些成分的组合，其中这些组织成分的含量均可以介于0％和100％之间。微结构的特点尤其在于，不存在各个粗大的晶粒或较大的组织区域，其晶粒界和/或子结构以小角度晶粒界为特征。
该方法的特征还在于，优选使用具有≤120mm的浇铸密度的薄板坯作为原始产品，和/或该薄板坯优选直接由浇铸加热机构(Gieβhitze)加工。
在设备方面，优选使用多机架的连轧机作为轧制设备，在该连轧机内部优选应用：方法步骤1.a，即在感应式加热机构的辅助下在高温中进行轧制，并任选地进行冷却；方法步骤1.b，即在低温中进行轧制。因此这里并未像由现有技术公知的那样使用粗轧机架或厚板轧机机架。
变形步骤由分步骤1.a构成，可选地由1.a加1.b构成，这些变形步骤优选关联，也就是说，在板坯轧制或中间带材进入之后，所有相关机架都同时咬合(Eingriff)。在这里，轧机机架在串列式运行中移动，因而其运行方式使得板坯或中间带材同时穿过全部轧机机架。但各个机架在此也可以被架起(auffahren)，因而不参与变形工作。
本发明的方法可灵活地应用，也就是说，也可以用于制造薄的最终厚度。在这里，主动地使用第三机架进行轧制。
此外，可以在无头作业中使得闭合的连铸坯并不通过横向切分(Querteilen)而分成板坯，确切地说，而是连续地优选通过隧道式炉被输送给热轧机，被终轧成热轧带材，被冷却，在卷取机之前才被横向切分，接下来被卷绕成带卷。这种运行方式减少切头产生，因为在带材上没有端头和底角产生。附加地也可以产生薄的优选＜1mm的带材厚度，因为在薄带材进入到热轧机的最后的机架中时翻卷(Hochgehern)(弯斜(Cobble))的危险局限于起动时。在无头轧制时，第一活动机架的引入速度减小至浇铸速度，这会导致增大在热轧之前和/或期间的温度损失。因此，为了按照上述步骤1进行轧制，需要较高的轧制温度，以便在铁素体相内和/或在奥氏体加铁素体的两相区内避免轧制最终温度。
本发明的方法也允许制造具有减小的奥氏体相区的钢种，例如其硅含量＞1.0％。在此，在按照上述步骤1.a优选1.a和1.b进行轧制时，需要较高的轧制温度，以便在铁素体相内和/或在奥氏体加铁素体的两相区内避免轧制最终温度。
根据本发明，用于热轧金属带或金属板特别是钢带或钢板的热轧机，存在有至少两个沿轧制方向相继布置的轧机机架，板坯或带材或板材可以分别在所述轧机机架中经受变形，这种热轧机的特征在于，在至少两个轧机机架之间设置有用于加热轧制件的加热机构。
加热机构在此优选是感应式加热机构，其尤其是带有至多4个感应元件。感应式加热机构的设计目标通常是，结构尽可能紧凑，且功率密度大。对在带材中实际感应的功率密度进行测量，该功率密度优选处于至少3000MW/m2的范围内，优选至少为4000MW/m2。在这里，用来把功率引入到带材中的器件称为感应元件。因此，多个感应元件可以形成一个感应式加热机构。
在两个其它的轧机机架之间，或者在至少一个其它的轧机机架之后，还可以设置有用于板坯或带材或板材的冷却段。只要相距下一个机架有足够的间距，则按照本发明的另一设计也可以规定，沿轧制方向直接在加热机构之后设置用于板坯或带材或板材的冷却段。
据此，本发明优选适宜于在热轧机的各个机架之间安装例如感应式加热元件形式的快速加热机构(微助推器)。由此能实现使得板坯或带材或板材以相对低的温度(必要时也在非再结晶的温度范围内)进入到带材热轧机中。在第一机架(F0，有时还有F1或F2)中，在防止再结晶情况下存储有变形能量。在第一和第二机架之间(在F0和F1之间)，或者还在第二和第三机架之间(在F1和F2之间)，借助所设置的加热元件来加热中间带材，确切地说，目标明确地加热到再结晶的温度范围内。
按照上述步骤1.a，在变形且完全再结晶之后，可任选地通过中间机架冷却将中间带材冷却到非再结晶的温度范围内，并依照上述步骤1.b进行轧制。
由此实现适宜的温度控制，用于在热机式处理期间产生任选地经过预处理的奥氏体组织。
采用所提出的方案以有利的方式得到一种成本低廉的热机式热轧方法，用于产生具有改善的组织和改善的机械特性的热轧的钢带或钢板。可以通过加热有针对性地对板坯或带材或板材进行温度控制，由此特别是得到了节省微合金元件和轧制能量的优势。此外，仅略微改变已有带材热轧机的结构，并对其相应地改装，即可毫无问题地应用本发明的方法。
在此，本发明的另一特殊的优点在于，由于各个组件的结构长度小，且有多种多样的机组可以与在至少两个轧机机架之间的加热机构相组合，所以在重新设计带材热轧机时能特别灵活地改装。特别是可以将用于在合适的部位消除或者至少减少Ski-Up、夹送辊对、冷却机构、喷水除鳞装置、剪切机等的装置实施到带材热轧机中，由此仅以较小的代价即可实现多种有利的效果。
本发明因而不仅可以应用于已有的带材热轧机中，而且也能实现成本低廉地设计新的加工设备，其用于较小的板坯厚度和/或带有较薄弱的轧机机架特别是机架F0、F1和F2。
附图中示出了本发明的多个实施例。图中：
图1在第一实施例中示意性地示出用于热机式地加工板坯的热轧机，该板坯用于制造经热轧的钢带；
图2示出本发明的第二实施例，其中在示意性地示出的带钢热轧机的两个机架之间设置有感应式加热机构和夹送辊对。
图1中示出热轧机2，在该热轧机中可以轧制带材1。为此设有多个轧机机架3、4、5、6、7(也称为：F0、F1、F2、F3和F4)，这些轧机机架各自沿轧制方向W输送带材1，且能按公知的方式轧制带材。在热轧时，带材1经受热机式加工，以便产生经热轧的钢带。所示仅为热机式处理的第一步骤。然后，带材1经过多次变形，这些变形通过各个轧机机架3、4、5、6、7来进行。在此，奥氏体原始组织经过充分加热，使其处于再结晶的温度范围内。由此按公知的方式实现产生均匀的精细的经过再结晶的奥氏体组织。未再示出的—这些步骤紧接于图1中所示的设备部分之后—是，在上述可选步骤1.b中，已再结晶的奥氏体组织可在非再结晶的温度范围内进行一次或多次变形，用于产生所谓的饼状组织。在另一步骤2中，对相应的步骤1.a和可选步骤1.b的经预处理的奥氏体组织进行冷却。由此可以在从奥氏体到铁素体的后续相转变中制得精细晶粒的组织。这里重要的是，在执行所述步骤1.a的过程中，在至少两个轧机机架之间，当前在轧机机架3和4之间、4和5之间以及5和6之间，带材1在热轧机2中经受加热。这里的加热是对带材1的加热，使得能调节目标明确的温度控制。这也可以包括借助合适的加热元件将带材1的温度保持在所希望的恒定水平，但也可以包括减轻带材1的冷却。为此设置有感应式加热元件8、9和10，利用这些感应式加热元件能按所希望的方式，即按照能进行彻底再结晶的方式，在短时间内调节带材1的温度。在此期间，在轧机机架6之后且在轧机机架7之前设置有冷却段11，利用该冷却段能把带材1又冷却到所希望的温度，即处于非再结晶范围内的温度。
图2示出了在根据本发明的第二实施方式中的热轧机2的一部分，其中金属带1穿过被称为F0的第一轧机机架和被称为F1的第二轧机机架。带材1在从粗轧机架F0出来之后，直接进入到感应式加热机构8中，随后进入到夹送辊对12中。利用该夹送辊对12对带材1进行最小拉力调节，此外把留在带材1上的水轻易地挤出。这种夹送辊对12因而被视为(未示出的)环件(Looper)的替代解决方案，在该环件中能抑制住带材张力或带材长度方面的轻微波动。最后，沿轧制方向W在轧机机架F1的后面设置有冷却段11，通过该冷却段能把在加热装置8中被加热到再结晶温度以上的温度的带材1冷却至非再结晶范围内的温度范围中。

Claims (10)

1.一种用于热轧金属的带材或金属的板材的方法，其中：
1.a)在第一步骤1.a)中使带材或板材在包括一系列轧机机架(3、4、5、6、7)的热轧机(2)内经受一次或多次变形，用于彻底消除铸造结构且用于产生均匀的精细的再结晶的奥氏体组织，所述奥氏体组织的晶粒大小为40μm±20μm；和
2)然后在第二步骤中使带材或板材经受冷却，用于产生精细晶粒的组织，所述组织不存在各个粗大的晶粒或较大的组织区域，其晶粒界和/或子结构以小角度晶粒界为特征，
其中，在热轧机(2)的至少两个轧机机架(3、4、5、6)之间在执行步骤1.a)时，使带材或板材经受加热，其中至少在轧制方向(W)上的第一轧机机架(3)中，通过独立的驱动机构来驱动上面的和下面的工作辊，其中将带材或板材在从第一轧机机架出来之后直接拉入到感应式加热机构(8)中，随后通过至少一个夹送辊对来牵拉该带材或板材，
在步骤1.a)与2)之间的步骤1.b)中，使带材或板材经受再结晶的奥氏体组织的一次或多次变形，用于产生展平的位错明显的奥氏体组织，其中加热到再结晶的温度范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热带材或板材之后，进行喷水除鳞。
3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在加热之前对带材或板材进行切头。
4.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，变形步骤由分步骤1.a)与1.b)一起构成，这些变形步骤是关联的，其中，在带材或板材进入之后，所有相关机架都同时与带材或板材咬合。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，能够将各个机架架起。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属的带材或金属的板材是钢带或钢板。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热到完全再结晶。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一轧机机架(3)是粗轧机架(F0)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于微合金的钢来说，所述奥氏体组织的晶粒大小为30μm±10μm，其中在该步骤1.a)结束时加入的微合金元素有＞90％的相应的分析含量溶解。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，切割带材头部或板材头部和/或带材尾部或板材尾部。
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