CN103447295B - 一种低合金结构钢热轧钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低合金结构钢热轧钢板的制造方法，包括钢坯加热、再结晶粗轧、过渡轧制、低温精轧、收卷冷却工序。本发明通过采用奥氏体再结晶区大变形量快速轧制+中间小变形量慢速过渡轧制+多道次未再结晶区低温大压量快速变形轧制+快速冷却卷取工艺，使得用低合金结构钢实现低成本生产高强度、高韧性钢材的目的。本发明热轧钢板化学成分简单、不需添加其它稀有合金元素，成本低；通过耦合控制加热和变形温度、轧制道次变形量、变形速率以及冷却等条件，生产的热轧板卷具有超细晶粒以及多相复合强韧化的金相组织，具备高的强度、延展性和韧性以及良好的焊接性能等特点，尤其适用于高层钢结构建筑、桥梁、行车梁、机械零件等钢结构制作。

Description

一种低合金结构钢热轧钢板的制造方法

技术领域

本发明属于金属材料加工与成型技术领域，具体涉及一种采用普通轧机低成本生产高强度、高韧性的低合金高强度结构钢热轧钢板的制造方法。

背景技术

低合金高强度钢是在低碳钢中添加少量合金化元素使轧制态或正火态的屈服强度超过275 MPa的低合金工程结构钢，是结构钢中应用最广泛的品种之一，广泛应用于高层钢结构建筑、桥梁和行车梁结构件，以及农用车、汽车、铁道车辆和工程机械的高强度零件。在满足塑性、韧性及工艺性能要求的前提下，与普通的碳素结构钢相比具有更高的强度及其它优越的性能。

高强度、高韧性钢材，即高屈服强度和抗拉强度的钢材，可以提高结构件的强度；而低屈强比，也即较好的塑形，则可以提高结构件的安全可靠程度，从而可以减轻钢结构的重量，提高资源的利用率，是钢铁材料发展的方向。目前生产的高强度、高韧性低合金高强度钢材，通常是在普通低合金钢的基础上添加少量合金元素（如Nb、V、Ti等）形成微合金化钢，通过微合金元素与板材控轧、控冷技术的有机结合，控制微合金元素的析出行为，如控制其沉淀析出量，沉淀析出相的形貌、大小及分布，以细化晶粒、提高钢的强韧性和获得良好的成型性及焊接性。但由于微合金化钢需要消耗大量昂贵的Nb、V、Ti等合金，生产成本高；而且，广泛添加的Nb虽然能提高钢材的抗拉强度和屈服强度，但强度的提高也会伴随着显著的缺口韧性恶化；而V虽然具有热处理时抑制晶粒长大的作用，但在温度升高时会引起可观察到的最大二次硬化；添加的Ti虽然固溶状态时，固溶强化作用极强，但同时会降低固溶体的韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用轧机低成本生产高强度、高韧性的低合金高强度结构钢热轧钢板的制造方法。

本发明的目的是这样实现的：包括钢坯加热、再结晶粗轧、过渡轧制、低温精轧、收卷冷却工序，具体包括：

A、钢坯加热：将低合金结构钢钢坯加热至1100～1200℃出炉；

B、再结晶粗轧：将出炉钢坯快速冷却后送轧机轧制，轧制温度为1000～1050℃，轧制道次压下率为30%～40%，轧制速度2.5m/s以上，得到粗轧板坯；

C、过渡轧制：将粗轧板坯快速冷却至850～900℃的奥氏体未再结晶区轧制，轧制道次压下率为10%～15%，轧制速度2.5m/s以下，得到850℃以下中间板坯；

D、低温精轧：将中间板坯按道次压下量为20%～30%进行2～4道次轧制并在各道次间水冷却，终轧温度为720℃～750℃，得精轧钢板；

E、收卷冷却：将精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为540～580℃，同时控制层流冷却速度25～30℃/s，所得钢板卷自然空冷至室温，得到低合金结构钢热轧板卷。

本发明通过加热钢坯至预定温度，然后出炉快速降温至特定温度，以确保后续再结晶轧制在保证设备安全的前提下实现大压下量快速轧制，使钢坯整个厚度方向上的原始奥氏体晶粒得到充分破碎，又能防止加热中原始奥氏体晶粒过份长大，以实现得到均匀细小变形再结晶奥氏体晶粒组织的粗轧坯，为后续得到细晶组织，提高钢的高韧性做准备；同时防止粗轧大压下量压下时产生过大的翘、扣头，造成轧制不稳定；过渡轧制中将粗轧板坯快速冷却到奥氏体未再结晶区轧制，且道次变形量、轧制速度较低，以避开在900～1000℃部份再结晶区间大压下量轧制而出现混晶组织，并保证后续道次有足够的压缩比；低温精轧中将中间板坯轧制温度控制在720℃～750℃，且各道次压下量控制在20%～30%，实现较低温度下大压下量轧制，以确保得到细晶、多复合相和位错密度的金相组织；最后将精轧钢板快速收卷，通过控制层流冷却速度25～30℃/s，达到控制微合金的析出强化和固溶强化，同时通过控制卷取温度来达到控制珠光体的转变形貌、大小、数量和分布状态的目的，以保证产品具有足够的强度和韧性。

本发明制造低合金高强度结构热轧钢板的方法具有以下优点：

1、本发明的低合金高强度结构热轧钢板，成分设计简单，不需添加昂贵的Nb、V、Ti合金成分，且所消耗的Mn、Si合金较少，生产成本低。

2、钢坯在奥氏体再结晶区大压下量快速轧制、中间过渡小压下量快冷轧制、未再结晶区大压下量快速轧制和轧后快速冷却的方式生产，提供了一种普通轧机，特别是卷炉轧机细晶化生产高强、高韧性低合金钢热轧板卷的制造方法。

3、本发明的制造方法，通过实际生产过程中各环节的严格控制，生产出的低合金高强度结构热轧钢板屈服强度380～430MPa，抗拉强度560～610MPa，伸度率：26～32%，屈强比≤0.80，低温冲出-20℃≥60J，综合性能良好。

附图说明

图1为本发明方法典型工艺流程框图。

图中：100-钢坯加热、200-高压除鳞、300-再结晶粗轧、400-过渡轧制、500-低温精轧、600-收卷冷却。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1所示，本发明包括钢坯加热、再结晶粗轧、过渡轧制、低温精轧、收卷冷却工序，具体包括：

A、钢坯加热：将低合金结构钢钢坯加热至1100～1200℃出炉；

B、再结晶粗轧：将出炉钢坯快速冷却后送轧机轧制，轧制温度为1000～1050℃，轧制道次压下率为30%～40%，轧制速度2.5m/s以上，得到均匀细小变形再结晶奥氏体晶粒组织的粗轧板坯；

C、过渡轧制：将粗轧板坯快速冷却至850～900℃的奥氏体未再结晶区轧制，轧制道次压下率为10%～15%，轧制速度2.5m/s以下，得到850℃以下均匀细小变形再结晶奥氏体晶粒组织的中间板坯；

D、低温精轧：将中间板坯按道次压下量为20%～30%进行2～4道次轧制并在各道次间水冷却，终轧温度为720℃～750℃，得精轧钢板；

E、收卷冷却：将精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为540～580℃，同时控制层流冷却速度25～30℃/s，所得钢板卷自然空冷至室温，得到低合金结构钢热轧板卷。

所述低合金结构钢是以重量百分比计含有0.12～0.18%的C、0.10～0.30%的Si、0.70～1.00%的Mn、0.015～0.040%的Als、0.030%以下的S、0.030%以下的P组成的钢。所述低合金结构钢中还包括有不可避免的不纯物。

所述钢坯加热工序得到的钢坯是采用现的炼钢方法冶炼得到，其中的Als及其它化学元素是在炼钢过程中加入、控制得到。

所述钢坯加热工序后和再结晶粗轧工序前还包括有高压除鳞工序，所述高压除鳞工序是用压力15～20MPa的高压水对钢坯加热工序的出炉钢坯正、反面喷水除鳞10～20s。

所述加热工序中钢坯上、下表面温度差≤15℃。

所述钢坯为180～220mm厚的连铸坯。

作为优选，所述钢坯加热工序中钢坯在炉总时间150min以上，均热40～60min，钢坯上、下表面温度差≤15℃。

作为优选，所述再结晶粗轧工序和/或过渡轧制工序中的板坯经2道次的轧制；所述低温精轧工序中的板坯经3道次的轧制。

作为优选，所述低温精轧工序得到厚度为12mm～20mm的精轧钢板。

作为优选，所述再结晶粗轧工序和/或低温精轧工序中的板坯采用双机架紧凑式炉卷轧机轧制。

所述再结晶粗轧工序和/或低温精轧工序中各道次间采用高压水冷却板坯。

所述再结晶粗轧工序和/或过渡轧制工序中的板坯经1～3道次的轧制。

所述再结晶粗轧工序和/或过渡轧制工序和/或低温精轧工序中的板坯采用炉卷轧机或多机架连轧机轧制。

实施例1

A、将化学成分如下的200mm厚钢坯：C 0.18 wt％、Si 0.18wt％、Mn0.99 wt％、S 0.012wt%、P 0.018wt%、Als 0.032wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，送入均热段炉温为1198℃的加热炉中，加热230min，其中，钢坯在均热段的加热时间为60 min，以均匀钢坯内部组织，出炉；

B、用压力为19.5MPa的高压水对出炉钢坯正、反面喷水除鳞15s；

C、将除鳞后的钢坯送炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1045℃，进行2道次的连续粗轧，道次压下率分别为31%、38%，以3.05m/s的轧制速度轧制，得到粗轧板坯；

D、开启道次间冷却水，以12MPa的压力对板坯进行冷却，轧制温度分别为882℃、830℃，压下率分别为13%、10%，以2.15m/s的轧制速度在同一双机架炉卷轧机上进行2道次连续过渡轧制，得到中间板坯；

E、开启道次间冷却水，以12MPa的压力对板坯进行冷却，轧制温度分别为802℃、748℃、736℃，压下率分别为28%、26%、21%，以4.5m/s的轧制速度在同一双机架炉卷轧机上进行3道次连续精轧，得过精轧钢板；

F、将E步骤所得精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为578℃，同时控制层流冷却速度25℃/s，得钢板卷；所得钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、高韧性低合金高强度结构热轧钢板。

实施例2

A、将化学成分如下的180mm钢坯：C 0.14 wt％、Si 0.20wt％、Mn0.85 wt％、S 0.015wt%、P 0.028wt%、Als 0.033wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，送入均热段炉温为1146℃的加热炉中，加热225 min，其中，钢坯在均热段的加热时间为48 min，钢坯上、下表面温度差12℃，出炉；

B、用压力为18MPa的高压水对出炉钢坯正、反面喷水除鳞11s；

C、将除鳞后的钢坯送炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1031℃，进行2道次的连续粗轧，道次压下率分别为32%、36%，以2.9m/s的速度轧制，得粗轧板坯；

D、开启道次间冷却水，用压力为13MPa的高压水对板坯进行冷却，轧制温度分别为861℃、827℃，压下率分别为12%、10%，以2.10 m/s的轧制速度在双机架炉卷轧机上进行2道次连续过渡轧制，得中间板坯；

E、开启道次间冷却水，用压力12MPa的高压水对板坯进行冷却，轧制温度分别为796℃、741℃、733℃，压下率分别为27%、25%、21%，以4.6m/s的轧制速度在双机架炉卷轧机上进行3道次连续精轧，得过精轧钢板；

F、将E步骤所得精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为543℃，同时控制层流冷却速度28℃/s，得钢板卷；所得钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、高韧性低合金高强度结构钢。

实施例3

A、将化学成分如下的220mm厚钢坯：C 0.12wt％、Si 0.17wt％、Mn0.70 wt％、S 0.028wt%、P 0.023wt%、Als 0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，送入均热段炉温为1105℃的加热炉中，加热250 min，其中，钢坯在均热段的加热时间为60 min，钢坯上、下表面温度差15℃，出炉；

B、用压力为16MPa的高压水对出炉钢坯正、反面喷水除鳞18s；

C、将除鳞后的钢坯送炉卷轧机进行轧制，并控制开轧温度为1003℃，进行2道次的连续粗轧，道次压下率分别为31%、34%，以2.8m/s的速度轧制，得粗轧板坯；

D、开启道次间冷却水，用压力为11.5MPa的高压水对板坯进行冷却，轧制温度分别为856℃、837℃、814℃，压下率分别为14%、12%、10%，以2.1m/s的轧制速度在双机架炉卷轧机上进行3道次连续过渡轧制，得中间板坯；

E、开启道次间冷却水，用压力为12MPa的高压水对板坯进行冷却，轧制温度分别为787℃、736℃、720℃，压下率分别为27%、26%、22%，以5.6 m/s的轧制速度在双机架炉卷轧机上进行3道次连续精轧，得过精轧钢板；

F、将E步骤所得精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为540℃，同时控制层流冷却速度30℃/s，得钢板卷；所得钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、高韧性低合金高强度结构钢。

实施例4

A、将化学成分如下的200mm厚钢坯：C 0.15wt％、Si 0.26wt％、Mn0.80 wt％、S 0.017wt%、P 0.012wt%、Als 0.023wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，送入均热段炉温为1172℃的加热炉中，加热200 min，其中，钢坯在均热段的加热时间为45 min，钢坯上、下表面温度差13℃，出炉；

B、将出炉后的钢坯用18.7MPa的高压水进行冷却，然后送多机架连轧机进行轧制，并控制开轧温度为1024℃，按道次压下率为35%进行粗轧，轧制速度为3.3m/s，得粗轧板坯；

C、开启道次间冷却水，用压力为14.2MPa的高压水对板坯进行冷却，轧制温度分别为876℃、842℃，压下率分别为15%、11%，以2.3m/s的轧制速度在多机架连轧机上进行2道次连续过渡轧制，得中间板坯；

D、开启道次间冷却水，用压力为11.7MPa的高压水对板坯进行冷却，轧制温度分别为795℃、772℃、748℃、724℃，压下率分别为29%、26%、23%、20%，以4.3 m/s的轧制速度在双机架炉卷轧机上进行4道次连续精轧，得过精轧钢板；

E、将F步骤所得精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为562℃，同时控制层流冷却速度26℃/s，得钢板卷；所得钢板卷自然空冷至室温，即获得高强度、高韧性低合金高强度结构钢。

Claims (10)

1.一种低合金结构钢热轧钢板的制造方法，其特征在于包括钢坯加热、再结晶粗轧、过渡轧制、低温精轧、收卷冷却工序，具体包括：

A、钢坯加热：将低合金结构钢钢坯加热至1100～1200℃出炉；

B、再结晶粗轧：将出炉钢坯快速冷却后送轧机轧制，轧制温度为1000～1050℃，轧制道次压下率为30%～40%，轧制速度2.5m/s以上，得到粗轧板坯；

C、过渡轧制：将粗轧板坯快速冷却至850～900℃的奥氏体未再结晶区轧制，轧制道次压下率为10%～15%，轧制速度2.5m/s以下，得到850℃以下中间板坯；

D、低温精轧：将中间板坯按道次压下量为20%～30%进行2～4道次轧制并在各道次间水冷却，终轧温度为720℃～750℃，得精轧钢板；

E、收卷冷却：将精轧钢板送卷取机进行卷取，并控制卷取温度为540～580℃，同时控制层流冷却速度25～30℃/s，所得钢板卷自然空冷至室温，得到低合金结构钢热轧板卷。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述低合金结构钢是以重量百分比计含有0.12～0.18%的C、0.10～0.30%的Si、0.70～1.00%的Mn、0.015～0.040%的Als、0.030%以下的S、0.030%以下的P组成的钢。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述钢坯加热工序后和再结晶粗轧工序前还包括有高压除鳞工序，所述高压除鳞工序是用压力15～20MPa的高压水对钢坯加热工序的出炉钢坯正、反面喷水除鳞10～20s。

4.根据权利要求1或3所述的制造方法，其特征在于所述钢坯加热工序中钢坯上、下表面温度差≤15℃。

5.根据权利要求1或3所述的制造方法，其特征在于所述钢坯为180～220mm厚的连铸坯。

6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于所述钢坯加热工序中钢坯在炉总时间150min以上，均热40～60min，钢坯上、下表面温度差≤15℃。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述再结晶粗轧工序和/或过渡轧制工序中的板坯经2道次的轧制；所述低温精轧工序中的板坯经3道次的轧制。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于所述再结晶粗轧工序和/或低温精轧工序中的板坯采用双机架紧凑式炉卷轧机轧制。

9.根据权利要求1或3所述的制造方法，其特征在于所述再结晶粗轧工序和/或过渡轧制工序中的板坯经1～3道次的轧制。

10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述再结晶粗轧工序和/或过渡轧制工序和/或低温精轧工序中的板坯采用炉卷轧机或多机架连轧机轧制。