CN104250681B - 一种中厚钢板缓冷工艺 - Google Patents

Abstract

一种中厚钢板缓冷工艺，对于采用非热机械轧制工艺即非TMCP工艺生产的中厚钢板：其缓冷工艺为：厚度30～100mm钢板，轧制后冷床空冷至表面温度300～400℃，然后下线缓冷，缓冷开始时钢板表面温度300～400℃，缓冷结束时表面温度控制在200℃以上。本发明根据不同工艺和厚度规格的钢板的氢扩散和氢致裂纹敏感性特征，确定了易产生氢致开裂的温度区间，并据此优化了原有的缓冷工艺，有效提高了中厚板超声波探伤合格率。

Description

一种中厚钢板缓冷工艺

技术领域

本发明属于中厚钢板缓冷工艺，特别涉及一种厚度为20～100mm的中厚钢板缓冷工艺，有效防止氢致开裂的产生，使用于管线钢、容器钢、船板钢、锅炉钢等中厚钢板的生产。

背景技术

中厚板是国家现代化建设必不可少的重要钢材品种之一，广泛用于大口径油/气输送管线、造船、电站锅炉、压力容器、机械制造、桥梁、石油、化工、交通及军工等行业和部门，上述行业和部门对中厚板产品的品种、规格、性能及质量等均有较高要求。

随着中厚板生产线工艺、设备、自动化装备水平的提高，高附加值专用板的生产比例越来越大，在这部分高附加值产品中，有些是需要严格控制氢含量的钢种(如高强钢、管线钢等)，除氢工艺的配置及选择在一定程度上便成为该工艺技术的关键。

通常这些高附加值厚板都需要经过超声波探伤检验内部的质量缺陷，从而优选出高质量的钢板。但中厚板探伤合格率时有波动，有时甚至会出现大批钢板探伤不合格现象，不仅影响公司经济效益，而且影响生产周期和合同完成，造成用户抱怨并进一步影响市场销售，同时也制约了新产品开发步伐。因此，尽快改善钢板质量，提高探伤合格率已是当务之急。影响厚板超声波探伤结果的因素主要有氢致裂纹、夹杂物、疏松等，其中氢致裂纹是主要因素之一，一方面氢致裂纹容易形成批量，另一方面氢致裂纹的形成有滞后性，更为隐蔽、危害性更大。

厚板中的氢主要在冶炼和连铸过程中产生的，氢进入钢液后，在铸坯凝固的过程中，随着温度的降低，氢在钢中的溶解度不断降低。铸坯在逐渐冷却过程中，部分氢逐渐向外扩散，而部分氢仍以原子状态过饱和地固溶在钢中。当铸坯或轧后钢板温度进一步下降，氢原子扩散动能不足，将沉淀聚集到钢坯心部的缩孔、疏松以及夹杂物等缺陷处，结合成分子氢，使得中厚板(或某些部位)中氢含量过高，对周围的金属有较大的压力，从而形成氢致开裂，轧后钢板中的残余应力也会吸附氢原子并诱导产生氢致开裂。

为了降低轧制后厚板中的氢含量，提高探伤合格率，目前主要采用缓冷的方式使氢原子扩散溢出。但由于中厚板中氢扩散规律很难复杂，且形成氢致开裂的时间和位置很难确定，因此缓冷工艺的制定就显得非常复杂。而目前的常用厚板缓冷工艺比较单一(见表1所示)，主要存在以下几个问题：

一是未规定缓冷开始时的表面温度下限，过低的缓冷起始温度会导致氢扩散动能偏低而无法溢出钢板表面，影响缓冷效果；

二是缓冷时间也没有根据钢板工艺和厚度进行调整，厚规格钢板氢扩散途径远，相应也需要更长的缓冷扩散时间；

三是TMCP工艺生产的钢板，虽然由于生产工艺的原因起始缓冷温度比较低，但由于微观组织中第二相和位错等氢陷阱很多，在同等氢含量下不容易产生氢致裂纹，因此原缓冷工艺规定的缓冷厚度下限显得有些矫枉过正，降低了生产效率。

四是未规定缓冷结束时的温度下限，当温度低于200℃时，氢原子扩散动能严重不足而倾向于沉淀结合成氢分子，缓冷过程中如果温度过低会严重影响缓冷效果。

表1原厚板常用缓冷工艺(厚度＜100mm且有超声波探伤要求)

注1：

TMCP是ThermalMechanicalControlProcess的英文缩写，又称热机械轧制工艺，就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制(ControlRolling)的基础上，再实施控制冷却及加速冷却(AcceleratedCooling)的技术总称。

注2：

管线钢：用于制作油气输送管道及其他流体输送管道的工程结构钢。采用美国石油协会API标准时，以字母X开头表示管线钢，其后的数字代表屈服强度下限(单位：psi)。采用ISO3183或GB/T9711时，以字母L开头，其后的数字代表屈服强度下限(单位：MPa)。

发明内容

本发明的目的是提供一种中厚板缓冷工艺，根据不同工艺和厚度规格的钢板的氢扩散和氢致裂纹敏感性特征，确定了易产生氢致开裂的温度区间，并据此优化了原有的缓冷工艺，有效提高了中厚板探伤合格率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种中厚钢板缓冷工艺，其包括：对于采用非热机械轧制工艺即非TMCP工艺生产的中厚钢板：

钢板厚度T：30＜T≤60mm，其缓冷工艺为：第一阶段：钢板冷床空冷至表面温度300℃～400℃；第二阶段：下线堆垛缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃，缓冷持续时间24小时以上，缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

钢板厚度T：60＜T≤75mm，其缓冷工艺为：第一阶段：冷床空冷至表面温度300℃～400℃；第二阶段：下线保温箱缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃，缓冷持续时间36小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

钢板厚度T：75＜T≤100mm，其缓冷工艺为：第一阶段，冷床空冷至表面温度300℃～400℃；第二阶段，下线密封坑缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃，缓冷持续时间36小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

对于采用热机械轧制工艺即TMCP工艺生产的中厚钢板，如用于管线钢，钢板厚度T：T≥20mm，轧制后在冷床入口处即下线堆垛缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃；缓冷持续时间24小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

如用于非管线钢，钢板厚度T：T≥30mm，其缓冷工艺为：轧制后在冷床入口处即下线堆垛缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃；缓冷持续时间24小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上。

钢板堆缓冷时在宽度48～50％处氢浓度最高，注意堆缓冷时该段敏感区域尽量不直接暴露在大气环境中。

本发明主要针对规格厚度为20～100mm的中厚规格钢板，通过优化缓冷工艺提高钢板中残余的氢原子在的扩散溢出效果，以防止出现氢致裂纹缺陷而导致超声波探伤，最终提高产品质量和生产合格率，确保厚板产品的使用安全可靠。

本发明缓冷工艺是在氢扩散规律和氢致裂纹理论基础上结合现场实践经验确定的。中厚钢板中氢致裂纹是由于炼钢过程中残留在钢液中的氢原子在钢板轧制后未能有效扩散而沉淀结合成氢分子并导致金属局部应力过大而造成的，一方面与钢液中的残留氢含量和夹杂物有关，另一方面也与钢板轧制后的氢扩散和脱氢的有效程度有关，而氢扩散与钢板的温度、厚度、轧制生产工艺等密切相关。钢板温度越高，氢扩散动能越充分，但也会造成大量氢原子从氢陷阱中脱钉逸出，在400～500℃范围内会形成氢含量浓度峰值区，因此该温度范围对于防止氢致裂纹的产生是不利的，需要尽快通过这一温度区域，这就是非TMCP钢板需要冷床空冷至300～400℃范围的主要原因，而TMCP材轧制后温度已经比较低，因此不需要空冷步骤。不过当钢板温度低于200℃时，氢扩散动能明显下降，氢原子会倾向于沉淀并结合成分子氢，基本达不到脱氢效果，即钢板在200～400℃温度范围内，氢扩散速度快而且氢浓度值较低，对于控制氢致裂纹的产生是最为有利的，通过缓冷的实施，可以将这段温度区间保持的时间延长，从而达到最佳的脱氢效果。钢板厚度也会对氢扩散效果产生较大影响，厚度越厚，钢板氢扩散的路程越长，扩散所需的时间也就越多，因此不同厚度的钢板需要不同缓冷持续时间。不同的缓冷方式保温效果是不同的，在常用的三种缓冷方式中，堆垛缓冷保温效果最差、保温箱次之，保温坑最好，在需要较长缓冷持续时间的场合，为了确保缓冷结束时表面温度200℃以上，需要采用保温箱缓冷或保温坑缓冷的方式。

本发明无需采取专用的氢扩散设备等，本发明方法简单实用、成本低。

通过本发明缓冷工艺实施应用，使得管线钢、容器钢、船板钢、锅炉钢等须全部探伤钢种年平均探伤合格率由原来75％左右提高到96％以上，并实现了在现有设备条件下，低成本生产出高合格率的中厚板产品。

附图说明

图1为钢板采用原缓冷工艺后由于氢致裂纹造成超声波探伤不合格的图谱。

图2为采用原缓冷工艺后钢板内部氢致裂纹金相分析照片。

图3为钢板采用原缓冷工艺后由于氢致裂纹造成超声波探伤检测不合格的图谱。

图4为本发明缓冷工艺后钢板超声波探伤检验合格的图谱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

表2为本发明所指的厚板缓冷工艺。

表2

本发明实施例参见表3。

表3

下面以X80管线钢为例，厚度规格＝26.87mm，由于采用了TMCP工艺生产，在经过控制加速冷却工艺后，已经快速通过了400～500℃这一氢扩散浓度峰值区域，钢板到达冷床入口的温度在350℃左右，为了保证缓冷起始表面温度大于300℃，需要快速下线堆垛缓冷。随着缓冷过程的实施，在200℃和400℃范围内，钢板内的氢扩散动能比较充分，氢原子扩散并不断逸出钢板表面，钢板内部氢浓度峰值浓度不断降低。根据理论计算，在理想情况下X80管线钢在300℃左右缓冷9小时即可将钢中的氢浓度降低到不易产生氢致裂纹的水平，进一步延长堆垛缓冷时间，对降低氢浓度的贡献不大，但在实际生产中，考虑到钢板整体温度分布不均以及钢板内部夹杂物性质和分布、偏析程度等组织不连续等因素，需要更长的缓冷持续时间才能达到预期的脱氢效果。根据该批X80钢板厚度确定缓冷持续时间为24小时以上，缓冷结束实测钢板表面温度约为260℃，达到结束表面200℃以上的要求。

根据理论计算，氢在X80管线钢中浓度较大的位置基本处于板材宽度的45％左右，这一点也在实际生产中得到验证，图1和图3为采用原缓冷工艺后由于氢致裂纹造成超声波探伤不合格的图谱，其中绿色部分为氢致裂纹缺陷，基本位于宽度45％～55％范围内。图2为氢致裂纹的金相分析照片。

通过本发明缓冷工艺的实施，使得X80管线钢探伤合格率由由原来80％～90％提高到96％以上，如表4所示，图4为合格产品超声波探伤检测图谱。

表4X80管线钢两种缓冷工艺探伤合格率对比结果

另外，通过将管线钢的缓冷厚度下限由16mm提高至20mm，在确保探伤合格率稳定的基础上大幅提高了薄规格管线钢的生产效率。

综上所述，本发明针对规格厚度为20～100mm的中厚规格钢板，通过优化缓冷工艺提高钢板中残余的氢原子在的扩散溢出效果，以防止出现氢致裂纹缺陷而导致超声波探伤，最终提高产品质量和生产合格率，确保厚板产品的使用安全可靠。

Claims (1)

1.一种中厚钢板堆垛缓冷工艺，其包括：

对于采用非热机械轧制工艺即非TMCP工艺生产的中厚钢板：

钢板厚度T：30＜T≤60mm，其缓冷工艺为：第一阶段：钢板冷床空冷至表面温度300℃～400℃；第二阶段：下线堆垛缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃，缓冷持续时间24小时以上，缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

钢板厚度T：60＜T≤75mm，其缓冷工艺为：第一阶段：冷床空冷至表面温度300℃～400℃；第二阶段：下线保温箱缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃，缓冷持续时间36小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

钢板厚度T：75＜T≤100mm，其缓冷工艺为：第一阶段，冷床空冷至表面温度300℃～400℃；第二阶段，下线密封坑缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃，缓冷持续时间36小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

对于采用热机械轧制工艺即TMCP工艺生产的中厚钢板，用于管线钢，钢板厚度T：T≥20mm，轧制后在冷床入口处即下线堆垛缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃；缓冷持续时间24小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上；

用于非管线钢，钢板厚度T：T≥30mm，其缓冷工艺为：轧制后在冷床入口处即快速下线堆垛缓冷，缓冷起始钢板表面温度300℃～400℃；缓冷持续时间24小时以上；缓冷结束时钢板表面温度200℃以上。