CN104232868B - 一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法 - Google Patents

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Abstract

目前超快速冷却技术主要应用于两阶段控制轧制后对钢材的冷却，本发明公开了一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法，属于冶金技术领域。该方法完全在钢坯奥氏体再结晶区对钢材进行轧制，同时精确控制轧制温度和道次压下率，轧后立即采用超快速冷却系统将轧制钢材冷却至相变点，随后可根据需要采用不同的冷却路径对钢材相变进行控制。本发明采用超快速冷却可有效抑制细小再结晶奥氏体组织的粗化，保留了高温轧制过程中动态再结晶和亚动态再结晶对奥氏体组织的细化效果。采用本发明制造的产品与两阶段控制轧制工艺制造的钢材具有相当的力学性能，同时减少了轧制过程的待温和低温大压下，较两阶段控制轧制工艺降低轧制时间2～4min。

Description

一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法
技术领域
本发明属于钢铁材料技术领域，特别涉及一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法。
背景技术
控制轧制和控制冷却技术(Thermomechanical Control Process，TMCP)是20世纪钢铁行业最伟大的成就之一，自20世纪50年代至今，TMCP技术在提高热轧产品综合性能方面起着举足轻重的作用。传统TMCP技术的核心特点是：①“低温大压下”和“添加微合金元素”，最大程度地得到硬化的奥氏体；②轧后加速冷却(Accelerated Cooling，ACC)，控制硬化奥氏体的相变，细化组织。
日本JFE公司先于其他钢铁公司开发加速冷却工艺，并于1980年将世界上第一条OLAC(On-Line Accelerated Cooling，OLAC)系统成功地用于厚板生产。随着对冷却速度要求越来越高，JFE公司开了Super-OLAC冷却工艺，并于1998年应用于日本福山中厚板厂。以Super-OLAC为代表的超快速冷却技术具有大的冷却速度及良好的冷却稳定性和冷后温度均匀性。
新日铁于1983年率先采用冷却前钢材矫直和约束冷却方式的冷却系统，称之为CLC(Continuous on Line Control Process，CLC)。在CLC应用的基础上，新日铁又开发了新一代控制冷却系统CLC-μ，应用于君津厂的厚板车间，并于2005年7月正式投产。
东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(RAL)开发了ADCOS(Advanced Cooling System，ADCOS)系统。针对中厚板、热连轧、棒材和H型钢生产线，RAL分别开发了ADCOS-PM(Plate Mill，PM)、ADCOS-HSM(HotStrip Mill，HSM)、ADCOS-BM(Bar Mill，BM)和ADCOS-HBM(H-Beam Mill，HBM)超快速冷却系统。
虽然超快速冷却技术在国内外得到了广泛的应用，强化了热轧钢材组织性能控制的手段，实现了热轧钢材的柔性化控制，为先进钢铁材料的生产提供了强有力的技术手段。但长期以来，一方面，超快速冷却技术仅应用于热轧钢材相变的控制；另一方面，采用两阶段控制轧制，且轧制过程中采用空气中自然冷却，未对轧制过程中的奥氏体组织进行冷却控制，不仅降低了生产效率，还严重弱化了高温再结晶区轧制对奥氏体组织细化效果。
发明内容
本发明的目的是针对于目前超快速冷却技术主要应用于两阶段控制轧制后对钢材的冷却的问题，公开一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法。该方法强化了超快速冷却对奥氏体组织的控制，采用超快速冷却可有效抑制细小再结晶奥氏体组织的粗化，保留了高温轧制过程中动态再结晶和亚动态再结晶对奥氏体组织的细化效果，同时完全采用再结晶一阶段控制轧制，省去了轧制过程中的待温和低温大压下。
为实现本发明的目的，所述技术方案如下：
一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法，步骤如下：
将钢坯加热至1200～1250℃，并保温1～2h进行充分的奥氏体化，之后进行轧制；开轧温度高于钢坯奥氏体再结晶极限温度(RLT)，RLT是奥氏体完全再结晶的最低温度，主要取决于钢坯的化学成分；终轧温度高于或等于钢坯奥氏体再结晶极限温度，每道次压下率为20～35％，道次应变速率为10～25s-1，轧制至所需厚度；轧后立即采用超快速冷却对钢材进行冷却，冷却速度为50～80℃/s，终冷温度控制在钢材的相变点，可有效抑制再结晶奥氏体组织的粗化，获得细小的再结晶奥氏体组织；随后可根据对所轧制钢材性能的需要，再采用不同的冷却路径，例如空冷、水冷等方式，对钢材的相变进行控制。
本发明的突出优点是：
①轧制完全在再结晶区进行，轧制为一阶段，且完全利用奥氏体的再结晶细化奥氏体组织；
②轧制变形后采用超快速冷却可有效抑制再结晶奥氏体组织的粗化，保留了高温轧制过程中动态再结晶和亚动态再结晶对奥氏体组织的细化效果，获得细小的再结晶奥氏体组织，提高性能；
③完全采用再结晶控制轧制，避免了轧制过程中的待温和低温大压下，大大降低轧制力，较传统控制轧制工艺降低轧制力30～50％；
④两阶段控制轧制条件下，再结晶区轧制后的冷却采用空冷，本发明采用超快冷，轧制为一阶段，有效缩短轧制时间，提高轧制生产效率，较两阶段控制轧制工艺降低轧制时间2～4min；
⑤为超快速冷却对奥氏体组织的控制提供了理论借鉴，为进一步优化控制轧制工艺，进一步优化钢铁材料的组织和性能提供了理论依据；
⑥本发明制造的钢材与常规两段轧控制轧制制造的钢材具有相当的力学性能。
附图说明
图1为实施例1中实验钢的典型奥氏体组织特征图。
图2为实施例1中实验钢的室温典型组织特征图。
图3为实施例2中实验钢的室温典型组织特征图。
图4为实施例2中实验钢的透射电镜形貌图。
具体实施方式
以下实施例中的钢均采用150kg真空感应炉熔炼并浇注，切去缩孔，锻为500mm×90mm×90mm钢坯。
实施例1
轧制用贝氏体钢的化学成分按重量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.40～1.80％，P：≤0.01％，S：≤0.005％，Al：≤0.03％，Ni：0.20～0.40％，Cr：0.40～0.60％，Cu：0.30～0.50％，Ti：0.02～0.03％，Nb：0.03～0.05％，Mo：0.15～0.18％，余量为Fe和不可避免的杂质，具体数据如表1所示。
经测试，上述成分的贝氏体钢的RLT为990-1020℃；将钢坯重新加热至1200～1250℃并保温1～2h，在450mm二辊热轧轧机上进行控制轧制和控制冷却；开轧温度为1150±10℃，终轧温度为1050±10℃，轧后立即采用超快速冷却，冷却速度为75±5℃/s，将钢板冷却至400℃，随后空冷至室温，钢板的典型奥氏体组织如图1所示，室温典型组织特征如图2所示。
上述生产的贝氏体钢，经检测，其屈服强度为800～830MPa，抗拉强度为980～1020MPa，断后延伸率为15.0～17.0％，屈强比为0.80～0.85，-40℃冲击吸收功为170～190J。
控制轧制工艺如表2所示，力学性能如表3所示。
表1试样的化学成分,wt％
表2控制轧制工艺参数
注：Tin：轧制入口温度；R：压下率；SR：应变速率。
表3力学性能
对比例1
采用常规的两阶段控制轧制工艺对实施例1中的样1采用450mm二辊热轧轧机进行轧制，两阶段轧制后采用超快速冷却将其冷却至400℃，冷却速度为75±5℃/s，随后冷却至室温。控制轧制工艺参数如表4所示，力学性能如表5所示。
表4控制轧制工艺参数
注：Tin：轧制入口温度；R：压下率；SR：应变速率。
表5力学性能
实施例2
轧制用铁素体钢的化学成分(质量分数)为：C：0.05～0.07％，Si：0.25～0.35％，Mn：1.20～1.50％，P：≤0.008％，S：≤0.005％，Al：≤0.06％，Ti：0.09～0.12％，V：0.05～0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质，具体数据如表6所示。
经测试，上述成分的铁素体钢的RLT为960-1010℃；将钢坯重新加热至1200～1250℃并保温1～2h，在450mm二辊热轧轧机上进行控制轧制和控制冷却；开轧温度为1155±5℃，终轧温度为1030±5℃，轧后立即采用超快速冷却将钢板冷却至700℃，冷却速度为55±5℃/s，随后空冷至室温，钢板的典型奥氏体组织如图3所示，透射电镜形貌如图4所示。
控制轧制工艺如7所示，力学性能如表8所示。
上述生产的铁素体钢，经检测，其屈服强度为650～700MPa，抗拉强度为800～870MPa，断后延伸率为23.0～28.0％，屈强比为0.80～0.81。
表6试样的化学成分,wt％
表7控制轧制工艺参数
注：Tin：轧制入口温度；R：压下率；SR：应变速率。
表8力学性能
对比例2
采用常规的两阶段控制轧制工艺对实施例2中的样1采用450mm二辊热轧轧机进行轧制，两阶段轧制后采用超快速冷却将其冷却至700℃，冷却速度为55±5℃/s，随后空冷至室温。控制轧制工艺参数如表9所示，力学性能如表10所示。
表9控制轧制工艺参数
注：Tin：轧制入口温度；R：压下率；SR：应变速率。
表10力学性能

Claims (1)

1.一种采用超快速冷却控制奥氏体组织的优化控制轧制方法，其特征在于，步骤如下：
将钢坯加热至1200~1250℃，并保温1~2h进行充分的奥氏体化，之后进行轧制；开轧温度高于钢坯奥氏体再结晶极限温度，终轧温度高于或等于钢坯奥氏体再结晶极限温度，轧制至所需厚度；轧后立即采用超快速冷却对钢材进行冷却，终冷温度控制在钢材的相变点；
其中，所述轧制过程中，每道次压下率为20~35%，道次应变速率为10~25s-1；
所述超快速冷却的条件为：冷却速度为50~80℃/s。
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