CN104525588A - 一种提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，其特征在于在紧邻中厚板轧机或热带粗轧机口处设置均匀快速的冷却装置，分别为长度5～15m，冷却总水量3000～6000m3/h；在轧制前对板坯进行上下表面非对称的均匀快速冷却，在板坯表面形成低温硬化层、而与芯部的温度梯度达到2～3℃/mm，并在冷却返红前快速进入轧机进行差温轧制，提高板坯芯部变形；并进一步与异步轧制相结合，在深化板坯芯部变形的同时，通过轧前板坯上下表面的非对称冷却，解决异步轧制带来的翘曲问题。对于需要两阶段控轧的钢种，本发明涉及到的均匀快速冷却设备，可代替中间冷却设备，缩短甚至消除摆钢待温时间，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属热加工轧制及冷却技术领域，尤其是涉及一种提高厚规格钢板或热带粗轧坯热轧过程变形渗透性的工艺方法。
背景技术
厚板(钢板厚度20mm-60mm)及特厚板(钢板厚度大于60mm)广泛应用于军用和民用两个方面，是国民经济发展的重要原材料。但因厚板、特厚板轧制生产过程一方面受连铸坯料尺寸、变形均匀性、压缩比等条件限制，另一方面受国内轧线轧制条件如轧机刚度、轧机功率、开口度、轧制工艺方法以及矫正等后续精整设备条件限制，生产技术难度很大，生产能力受到限制，很多品种及规格仍需依赖进口。
厚板轧制过程是典型的非均匀变形过程，受外端的影响很大，通常高向压缩不能深入到板坯内部，板坯芯部不发生塑性变形或变形很小，而表层变形较大，沿断面高向呈双鼓形。为了使厚板的组织和综合力学性能满足相关标准要求，在轧制工艺上要确保钢板芯部能够具有充分的变形量，使板坯内部缺陷得以压合。厚板常规轧制工艺通常采用增加钢板压下率的方法，但是受制于铸锭生产能力以及轧机开口度的限制，压下率有时达不到生产工艺所需，也就无法获得芯部组织性能良好的钢板。
异步轧制工艺，上下工作辊速度不一致，会在钢板表面和工作辊之间形成一个“搓轧区”。在单道次压下量一定的情况下，异步轧制除了在变形区产生压缩变形之外，还会在变形区产生剪切应力，从而会增加钢板的总变形量，得到更细小的晶粒。这种好的剪切力可以使变形向钢板厚度中心区域渗透，促进芯部晶粒细化，但是异步轧制工艺带来的一个突出矛盾是板坯翘曲问题，为解决异步轧制过程中的板坯翘曲问题，一些研究机构提出了蛇形轧制方法，即在原有异步轧制的基础上增加了上工作辊偏移，以解决厚板异步轧制之后出现的翘曲问题。蛇形轧制工艺在提高厚规格板材芯部变形量、控制翘曲等方面具有良好的效果，但是由于该工艺需要具有异步轧制功能和工作辊偏移功能的特殊轧机，所以在现有的 板材生产线上进行推广和应用比较困难。
差温轧制工艺在轧制过程中边快冷，边轧制，冷却来不及深入到板坯内部，在板坯厚度方向上形成上下表层低温，中心层仍维持高温的温度分布状态。这样在轧制时，上下表面温度低于芯部，变形抗力大，不易变形，而芯部温度高，容易变形。这就会促使变形深入到板坯芯部，有利于消除芯部缺陷，提高芯部质量。目前国内有些学者采用平面压缩试验机模拟轧制过程，并结合有限元数值模拟研究了钢板在给定温度梯度下的轧制变形及晶粒大小分布情况，但对于如何获得差温轧制所需的温度梯度以及冷却装置如何配置并未给出相应的方案；此外，目前现有的轧制工艺都把冷却装置放在精轧机后的冷却区或者粗轧机和精轧机之间的中间辊道，并且距离轧机有一定的距离。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，不需要特殊轧机，便于推广和应用的，能够提高厚规格钢板轧制过程的变形均匀性，加速板坯芯部缺陷的压合，以提高产品的组织和性能。
一种提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，设备采用中厚板轧机或热带粗轧机及冷却装置，其特征在于：采用边冷却边轧制的差温轧制，再结合异步轧制工艺，一方面通过轧制前对板坯上下表面的非对称冷却使板坯表面形成一定厚度的“硬化壳”，促进板坯芯部变形，同时利用上下表面的非对称冷却，消除异步轧制带来的翘曲问题，另一方面由异步轧制工艺产生的剪切力，使变形向钢板厚度中心区域渗透，进一步深化芯部变形，实现强强联合，提高热轧过程变形渗透性；具体措施是：在中厚板或热带粗轧机的入口或出口或轧机前、后，紧邻轧机的位置架设均匀快速的冷却设备，步骤一：可以在任何需要的轧制道次，在轧前对板坯进行上下表面非对称的超快速冷却，使得板坯厚度方向存在明显温度梯度，即在板坯厚度方向上形成上下表层低温、中心层仍维持高温的温度分布状态，并进入轧机进行同步轧制；接续的步骤二：进行异步轧制，根据板坯上下表面非对称冷却过程中板坯上下表面的换热系数比，在原速度规程的基础上，微调轧机上下工作辊的辊速比，使异步轧制时轧机上下辊速比与步骤一中板坯上下表面换热系数比及轧机本道次压下量相匹配。
本发明的优点是：
1.在轧制前进行均匀快速的冷却，即在板坯厚度方向上形成上下表层低温， 中心层仍维持高温的温度分布状态。这样在轧制时，上下表面温度低，变形抗力大，不易变形；而芯部温度高，容易变形。这就会促使变形深入到板坯芯部，有利于消除芯部缺陷，提高芯部质量。图1为厚度为200mm的板坯采用本发明与采用常规等温轧制工艺时，厚度方法等效应变的对比，采用本发明所提出的工艺时，板坯芯部变形增加，表层变形减小，因此厚度方向变形更加均匀。图2为采用本发明和采用常规等温轧制工艺是组织情况的对比，其中图2a和图2b分别为采用常规等温轧制工艺时，表层和芯部的组织分布情况，图2c和图2d分别为采用本发明所提出的工艺时，表层和芯部的组织分布情况。采用本发明所提出的工艺，芯部组织更加细小，厚度方向组织分布更加均匀。
2.将差温轧制和异步轧制结合起来，在提高板坯轧制过程变形渗透性，改善板坯厚度方向上的变形均匀性的同时，能有效控制板坯翘曲。
3.与厚板的传统轧制工艺相比，本发明在保证板坯芯部变形程度和产品组织性能的基础上，可以降低坯料尺寸，采用较薄规格的连铸坯生产厚规格钢板，能有效解决轧机开口度的受限的问题。
4.本发明无需轧机具备工作辊偏移功能，仅需在紧邻机架的位置增设均匀快速的冷却设备，紧邻轧机入口和出口位置，投资省，见效快，适宜在现有板材生产线上进行推广。
5.本发明中设置的均匀快速冷却设备，可代替中间冷却设备及中间冷却工艺，缩短甚至消除摆钢待温时间，，实现超级钢、高级别管线钢及铁素体区热轧无间隙原子钢(IF钢)等品种的两阶段控轧，提高生产效率。
附图说明
图1为采用本发明提出的新工艺与普通常规工艺轧件厚度方向等效应变的对比图片；
图2c、2d为本发明差温轧制和图2a、2b的普通等温轧制的轧件厚度方向晶粒尺寸的效果对比图片；
图3为本发明提高变形渗透性的方法中冷却装置布置示意图；
图4为无翘曲时板坯上下表面换热系数比和异步辊速比之间的关系曲线图；包括图4a实施例的板坯厚度210mm和图4b实施例的板坯厚度240mm。
具体实施方式
一种提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，在中厚板轧机或热带粗轧机架前后设置均匀快速的冷却装置，见图3，图3中双箭头方向，为轧机进行可逆轧制；其特征在于方法一：边冷却边轧制，在轧件表面形成低温硬化层，而芯部仍保持较高温度，从而使轧制过程中的变形深入到轧件芯部；为了保证在板坯表面形成一定厚度的低温硬化层，同时保持板坯芯部温度基本不变，在紧邻轧机前、后均架设有冷却装置，或只在紧邻轧机入口、或出口位置，靠近轧机口，架设冷却装置，分别为长度5～15m，冷却设备总水量3000～6000m3/hr。冷却区入口喷嘴顺着轧制方向布置，出口喷嘴逆着轧制方向，都是15度倾斜布置，入、出口第1～2排喷嘴倾斜布置、中间喷嘴垂直设置，出口和入口水流向内倾斜、中部水流垂直喷射到钢板上；每排喷嘴间距由原来的380mm增大到500mm，单根喷管嘴水量更大，达170m3/hr。
步骤一：可以在任何需要的轧制道次，在轧前对板坯进行上下表面非对称的超快速冷却，自动化控制系统通过调节冷却装置的流量调节阀的开口度来分别控制板坯上、下的冷却集水管不同的水流量/时间，使得板坯厚度方向产生明显温度梯度，即在板坯厚度方向上的上下表层低温、中心层仍维持高温的温度分布状态，温度梯度达到2～3℃/mm，并在冷却返红前快速进入轧机进行同步轧制；接续的步骤二：进行异步轧制，利用异步轧制工艺在板坯变形区产生的剪切力，使变形向钢板厚度中心区域渗透，进一步深化芯部变形，结合板坯上下表面的非对称冷却换热系数比，同时在原速度规程的基础上，微调轧机上下工作辊速度比，使异步轧制时轧机上下辊速比与步骤一中板坯上下表面换热系数比及轧机本道次压下量相匹配，以消除异步轧制的钢板翘曲。板坯上下表面换热系数比(下表面换热系数/上表面换热系数)和异步辊速比(下工作辊线速度/上工作辊线速度)之间的关系曲线如图4所示。图4a和图4b分别为实施例的板坯厚度210mm和240mm，上下表面换热系数比和异步轧制辊速比之间的关系曲线，随着辊速比的增加，换热系数比增加。图4a的板坯厚度210mm，板坯上下表面换热系数比为1.05、1.11、1.16、1.25、1.33时，压下率10％时，对应的异步辊速比分别为1.0024、1.0035、1.007、1.008和1.0095；压下率为20％时，对应的异步辊速比分别为1.0044、1.0055、1.009、1.0105和1.013；压下率为30％时，对应的异步辊速比分别为1.006、1.0075、1.0105、1.012和1.0147。图4b的板坯厚度为240mm，板坯上下表面换热系数比为1.05、1.11、1.16、1.25、1.33时，压下率10％时， 对应的异步辊速比分别为1.0014、1.0025、1.0055、1.0072和1.009；压下率为20％时，对应的异步辊速比分别为1.0039、1.0048、1.0077、1.0096和1.0115；压下率为30％时，对应的异步辊速比分别为1.0055、1.0065、1.0095、1.0115和1.0135。
轧机的自动化控制系统依据工艺给定的异步轧制辊速比，按图4采用插值的方法确定轧前冷却板坯上下表面的换热系数比，并据此自动确定冷却装置对板坯上下表面的水流量/时间，并通过调节冷却装置的流量调节阀的开口度来分别控制板坯上、下的冷却集水管不同的水流量/时间。
实例1：管线钢X80，在第一道次应用本发明提出的方法进行轧制。板坯厚度240mm，出炉温度1170℃，机前冷却区入口温度1138℃，冷却设备用水量5000m3/hr，上下表面换热系数比为1.18～1.22，轧机入口上表面温度为850℃，下表面为温度为800℃，芯部温度为1138℃，温度梯度2.4～2.8℃/mm，平均温度为1110℃；在冷却的同时，进入轧机进行同步轧制，压下率为10％，轧制速度为1.2m/s～1.5m/s，接着，在原速度规程的基础上，微调轧机上下工作辊速度比，进入异步轧制，异步轧制工作辊速度比为1.003～1.006。应用实例2：管线钢X80，在第二道次应用本发明提出的方法进行轧制。板坯第一道次出口厚度210mm，出口温度1115℃，机后冷却区入口温度1108℃，冷却设备用水量3500m3/hr，上下表面换热系数比为1.05～1.15，轧机入口上表面温度为890℃，下表面为温度为860℃，芯部温度为1115℃，温度梯度2.08～2.36℃/mm，平均温度为1095℃；在冷却的同时，进入轧机进行同步轧制，压下率为15％，轧制速度为1.3m/s～1.6m/s，异步轧制工作辊速度比为1.003～1.006。
Claims (5)
1.一种提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，设备采用中厚板轧机或热带粗轧机及冷却装置，其特征在于：采用边冷却边轧制的差温轧制，再结合异步轧制工艺，一方面通过轧制前对板坯上下表面的非对称冷却使板坯表面形成一定厚度的“硬化壳”，促进板坯芯部变形，同时利用上下表面的非对称冷却，消除异步轧制带来的翘曲问题，另一方面由异步轧制工艺产生的剪切力，使变形向钢板厚度中心区域渗透，进一步深化芯部变形，实现强强联合，提高热轧过程变形渗透性；具体措施是：在中厚板或热带粗轧机的入口或出口或轧机前、后，紧邻轧机的位置，架设均匀快速的冷却装置，步骤一：可以在任何需要的轧制道次，对板坯进行上下表面非对称的超快速冷却，使得板坯表面与芯部产生明显温度梯度，即在板坯厚度方向上形成上下表层低温，中心层仍维持高温的温度分布状态，并进入轧机进行同步轧制；接续的步骤二：进行异步轧制，根据板坯上下表面非对称冷却过程中板坯上下表面的换热系数比，在原速度规程的基础上，微调轧机上下工作辊的辊速比，使异步轧制时轧机上下辊速比与步骤一中板坯上下表面换热系数比及轧机本道次压下量相匹配。
2.根据权利要求1所述的提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，其特征在于在紧邻中厚板或热带粗轧机前、后均架设有冷却装置，或只在紧邻轧机入口、或出口位置架设冷却装置，分别为长度5～15m，冷却设备总水量3000～6000m3/hr；冷却区入口喷嘴顺着轧制方向布置，出口喷嘴逆着轧制方向，都是15度倾斜布置，入、出口第1～2排喷嘴倾斜布置、中间喷嘴垂直设置，出口和入口水流向内倾斜、中部水流垂直喷射到钢板上；每排喷嘴间距为500mm，单根喷管嘴水量达170m3/hr。
3.根据权利要求1所述的提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，其特征在于：A.对板坯实施上下表面非对称的超快速冷却，板坯的上下表面换热系数比为1.05～1.25使得板坯表面与芯部存在明显温度梯度，温度梯度达到2～3℃/mm；B.上下表面换热系数比和异步轧制辊速比之间的关系曲线，随着辊速比的增加，换热系数比增加。
4.根据权利要求3所述的提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，其特征在于上下表面换热系数比和异步轧制辊速比之间的关系具体为：当板坯厚度为210mm时，板坯上下表面换热系数比为1.05、1.11、1.16、1.25、1.33时，压下率10％时，对应的异步辊速比分别为1.0024、1.0035、1.007、1.008和1.0095，压下率为20％时，对应的异步辊速比分别为1.0044、1.0055、1.009、1.0105和1.013，压下率为30％时，对应的异步辊速比分别为1.006、1.0075、1.0105、1.012和1.0147。
5.根据权利要求3所述的提高厚规格钢板热轧过程变形渗透性的方法，其特征在于上下表面换热系数比和异步轧制辊速比之间的关系具体为：当板坯厚度为240mm时，板坯上下表面换热系数比为1.05、1.11、1.16、1.25、1.33时，压下率10％时，对应的异步辊速比分别为1.0014、1.0025、1.0055、1.0072和1.009；压下率为20％时，对应的异步辊速比分别为1.0039、1.0048、1.0077、1.0096和1.0115；压下率为30％时，对应的异步辊速比分别为1.0055、1.0065、1.0095、1.0115和1.0135。
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