CN103556080B - 直接轧制长型材的力学性能控制方法 - Google Patents

Abstract

一种直接轧制长型材的力学性能控制方法，属于长型材热轧工艺技术领域。本发明所述的直接轧制生产长型材的力学性能控制方法包括：方钢坯或矩形钢坯的化学成分选择、连续铸造后的无相变温度均匀化控制、低温控制轧制、长型材轧后的控制冷却等工艺，通过高温组织无相变和第二相弥散析出强化控制长型材的力学性能，生产高质量的长型材。

Description

直接轧制长型材的力学性能控制方法

技术领域

本发明属于长型材热轧工艺技术领域。特别是涉及一种直接轧制长型材的力学性能控制方法。

背景技术

常规流程生产长型材的关键工艺环节是钢坯连铸后冷却到室温再装入加热炉，或者连铸后利用钢坯的潜热，直接装入加热炉加热，在这个温度变化过程中，钢坯发生了一次相变，一些合金元素的碳、氮化物，如碳氮化铌、碳氮化钛等第二相粒子已经在钢坯中析出；由于连铸钢坯在空气中冷却速度缓慢，第二相粒子的析出相对粗大，使合金元素第二相粒子的强化作用没有充分发挥；钢坯加热过程中，热量通过传导传热的方式由表面向内部传递，出现了钢坯的表面温度高于内部温度的现象，靠加热炉均热段的停留时间来均匀温度场，达到温度差异小于50℃，这种温度场不利于后续轧制过程中，实现钢材中心大应变工艺。

常规的流程生产方式，如：发明专利201010126292.5一种大规格芯棒组织性能控制方法是描述使用加热炉和锻造机械生产轧制无缝管用芯棒的方法；发明专利201110238168.2Mn18Cr18N钢护环热锻组织性能控制方法是描述环形钢圈使用加热炉和锻造机械的生产方法。

采用直接轧制工艺生产的长型材，由于钢坯的温度履历不同于常规加热炉加热后轧制的钢材，其力学性能的控制方法也不同于常规流程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接轧制长型材的力学性能控制方法，适用于普碳钢、微合金钢和低合金钢。在直接轧制过程中，钢坯铸造后到轧制之前没有发生相变，晶粒尺寸和第二相粒子的析出过程不同于常规工艺。

本发明的工艺控制的关键技术环节包括：方钢坯或矩形钢坯的化学成分选择、连续铸造后的无相变温度均匀化控制、低温控制轧制、长型材轧后的控制冷却等技术方法，通过高温组织无相变的降温过程和第二相弥散析出强化控制长型材的力学性能。

直接轧制长型材生产工艺流程如下：

选择化学成分→温度均匀化控制→低温控制轧制→轧后控制冷却。在工艺中控制的技术参数为：

（1）根据长型材成品力学性能要求和各个化学元素在钢中的作用，选择熔炼钢的化学成范围为：C0.10～1.10%，Si0.10～1.00%，Mn0.20～2.20%，P0～0.03%，S0～0.03%，Nb0～0.10%，V0～1.20%，Ti0～0.10%，Ni0～1.00%，Cr0～1.00%，Cu0～0.50%，Mo0～1.50%，B0～0.01%；余量为Fe，均为质量百分数；

（2）钢坯连铸之后进行均温处理，保持钢材温度为800～1250℃，使钢坯表面中部与钢坯横断面芯部的温度差异为0～50℃；

（3）使用奥氏体再结晶控制轧制、未再结晶控制轧制、两相区控制轧制和铁素体区控制轧制，轧制温度范围为700～1200℃；

（4）钢材热轧后采用水冷却或者汽化冷却的方式，使钢材表面的冷却速度达到1～300℃/S。

根据长型材产品力学性能的要求，化学成分的选择主要考虑长型材中碳、硅、锰、磷、硫、铌、钒、钛、镍、铬、铜、钼、硼等元素。碳是主要的强化和提高耐磨性的元素，其含量范围是0.10～1.10%；锰可以有效地提高长型材的强度、改善热加工性能，其含量范围是0.20～2.20%；适量的硅可以提高长型材的强度，其含量范围是0.10～1.00%；硫可以引起长型材的热脆，其含量为0～0.03%；磷可以提高长型材的强度和抗锈性，但是降低塑性和韧性，其含量为0～0.03%；铌是有效的晶粒细化元素，强化效果显著，其含量为0～0.10%；钒可以细化组织晶粒，提高强度和韧性，其含量为0～1.20%；钛可以细化晶粒，提高强度和韧性的均匀性，其含量为0～0.10%；镍在长型材中具有耐蚀耐候的作用，其含量为0～1.00%；铬具有耐腐蚀和提高长型材淬透性的作用，其含量为0～1.00%；铜具有耐候性能，其含量为0～0.50%；钼是重要的提高淬透性元素，可以提高长型材的强度，其含量为0～1.50%；硼具有晶界强化和提高长型材淬透性的作用，其含量为0～0.01%。

所述的温度均匀化控制是指钢坯连铸之后进行的均温处理，保持钢坯温度为800～1250℃，使钢坯表面中部与钢坯横断面芯部的温度差异小于等于50℃，为后续的热轧制提供相对均匀的变性条件。

由于钢坯连铸之后的冷却过程是由外向内逐渐降温的，经过温度均匀化钢坯的表面温度低于中心的温度，在轧制过程中，中心的变形抗力要小于表面的变形抗力，因此，在中心部位能够获得比平均压缩比大的应变比，所述的这种轧制方式可以最大限度地焊合钢坯的中心疏松和缩孔等缺陷，提高了长型材的强度和韧性指标。轧制温度范围为700～1200℃，可以实现奥氏体再结晶控制轧制、未再结晶控制轧制、两相区控制轧制和铁素体区控制轧制，

所述的长型材热轧后的控制冷却是指长型材在热轧后采用水冷却或者汽化冷却的方式，使钢材表面的冷却速度达到1～300℃/S。其主要作用是减小晶粒长大的幅度、控制合金元素碳氮化物的析出温度、减少长型材表面氧化铁皮的数量。

生产过程描述。连铸坯经过表面除鳞处理，进入粗轧机开轧温度为900±30℃。通过粗轧和中轧机组的大压下量轧制后，中间坯经过中轧机组后面的水冷装置。切头后的中间坯保持温度为850±20℃进入精轧机组轧制。轧制到成品尺寸的长型材经过穿水冷却装置进行对流换热冷却，冷却到终冷温度。水冷却后的长型材经过返红工艺段，进入分段剪切到适合上冷床的温度。长型材输送到冷床上进行吹风冷却到室温。在冷床上冷却后的长型材进行矫直、定尺剪切、打包、入库，完成生产过程。

本发明具有如下优点：

1、化学成分的精准设计，根据目前的冶炼水平和长型材力学性能的需要，选择长型材的化学成分在下限，实现了窄成分控制。

2、连铸坯在进入轧制阶段前，内部组织没有奥氏体向铁素体的相变过程，这种温度履历使硫化锰的析出弥散细小，起到了合金元素的强化作用。

3、力能参数较高的高刚度轧机能够实现低温轧制，能够实现700～1200℃的较大轧制温度范围。

附图说明

图1为本发明长型材经过低温轧制和加速冷却后的金相组织照片。

图2为本发明方法得到的长型材冷弯断裂后的三分之二韧性断口照片。

具体实施方式

采用本发明所述的直接轧制长型材的力学性能控制方法，可以低成本地生产长型材。现将本发明的具体实施例叙述如下。

实施例：本实施例中，采用的长型材组成成分及其重量百分比见表1。

表1实施例的化学成分（余量为Fe，均为质量百分数）

注：Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15

本实施例采用150×150毫米的高温连铸坯，在不经过中间加热炉加热的条件下，热送到第一架轧机前。

连铸坯的开轧温度为900±30℃，经过粗轧和中轧机组的大压下量轧制，经过中轧机组后面的水冷装置，保持中间坯的温度为850±20℃进入精轧机组，这时的变形热大于中间坯的散热总量，在精轧机组轧制过程中，长型材的温度升高，在中间坯进行最后四道次轧制的过程中采用低温控制轧制，终轧温度为850±20℃。

轧制后的长型材经过穿水冷却装置进行对流换热冷却，冷却速度为80±10℃/S，使钢材冷却后的返红温度为600±20℃。

之后，规格为φ18mm的长型材输送到冷床上进行吹风冷却到室温。

实施例长型材的性能和对比例长型材的性能见表2。

表2实施例的力学性能

Claims (1)

1.一种直接轧制长型材的力学性能控制方法，其特征在于：在工艺中控制的技术参数为:

(1)选择熔炼钢的化学成分范围为：C0.10～1.10％，Si0.10～1.00％，Mn0.20～2.20％，P0～0.03％，S0～0.03％，Nb0.033～0.10％，V0～1.20％，Ti0～0.10％，Ni0.33～1.00％，Cr0.37～1.00％，Cu0～0.50％，Mo0.18～1.50％，B0～0.01％；余量为Fe，均为质量百分数；

(2)钢坯连铸之后进行均温处理，保持钢坯温度为800～1250℃，使钢坯表面中部与钢坯横断面芯部的温度差异为0～50℃；

(3)使用奥氏体再结晶控制轧制、未再结晶控制轧制、两相区控制轧制和铁素体区控制轧制，轧制温度范围为700～1200℃；

(4)钢材热轧后采用水冷却或者汽化冷却的方式，使钢材表面的冷却速度达到1～300℃/S。