CN104826872A - 一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决热轧带钢表面色差缺陷的问题，本发明提供了一种消除带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，属于冶金技术领域。该方法为将连铸成形的板坯置于加热炉中进行加热处理，出炉后对板坯进行高压水除鳞，将一次氧化铁皮除净；再将板坯进行3-5道次粗轧，采用奇数道次除鳞；然后将进入精轧机的板坯除磷1次后进行7机架的精轧，并且在第二至第六机架根据带钢厚度和速度要求投入热轧润滑；精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式冷却后卷取。应用本发明，可使热轧带钢的氧化铁皮横向均匀性较传统工艺明显提高，氧化铁皮结构更加合理，有效地消除了热轧带钢表面色差缺陷，保证了热轧带钢表面质量。

Description

一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法。
背景技术
我国是钢铁生产和消费大国，钢铁产量连续多年年居世界第一。热轧板卷是热轧类产品中比重最大的品种，可以直接出售或者作为后续冷轧生产的原料。由于长期对热轧产品表面质量缺乏关注造成热轧带钢表面氧化铁皮不易去除，其中，色差缺陷在带钢表面缺陷中具有重要的代表性，不仅影响了热轧产品的美观，同时容易造成后续冷轧酸洗过程中的“欠酸洗”和“过酸洗”现象，从而严重阻碍了产品档次的提升。
常规的热轧工艺包括板坯加热、热轧和卷取等几个主要过程。钢坯加热过程中，板坯表面会形成很厚的炉生氧化铁皮(可达2～3mm厚)，这种氧化铁皮又称为“一次氧化铁皮”，一次氧化铁皮通常在加热炉出口除去。钢板在粗轧过程还会不断形成更多的氧化铁皮，这时形成的氧化铁皮一般会在道次间通过高压水清除。热轧后形成19～45mm的中间坯，再进行精轧处理。在粗轧过程和粗轧之后形成的氧化铁皮称为“二次氧化铁皮”，在精轧机组入口会有经过高压水除鳞清除。在精轧过程中和精轧后钢材表面形成的氧化铁皮称为“三次氧化铁皮”。“三次氧化铁皮”随同钢一同卷取后空冷至室温状态。卷取温度通过在740～350℃之间，由于环境中存在氧气，氧化铁皮会继续生长，其结构也随之发生变化。三次氧化铁皮通常会通过酸洗等方法去除。
热轧带钢表面色差缺陷作为热轧生产过程典型缺陷，通过对色差缺陷进行研究，发现热轧带钢表面出现颜色差异是由于带钢表面氧化铁皮横向组织结构不均匀引起的。高温环境中，热轧带钢表面边部氧化铁皮由于处在富氧环境中，Fe2O3的生长速度较快，因此将在带钢表面边部形成一层Fe2O3层。在轧制工序后的冷却过程中，氧化铁皮结构发生转变，带钢中部氧化铁皮组织为片层状共析组织、Fe3O4和FeO，带钢表面氧化铁皮结构和厚度的差异导致了颜色差异的产生。
发明内容
为了解决热轧带钢表面色差缺陷的问题，本发明提供了一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法。该控制方法通过降低氧化铁皮的厚度，提高带钢横向氧化铁皮厚度和结构均匀性从而达到消除热轧带钢表面色差缺陷的目的，获得的带钢氧化铁皮厚度均匀，结构致密，无横向色差，氧化铁皮厚度控制在5-15μm，有效的消除了带钢表面色差缺陷。
一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，包括如下步骤：
(1)加热炉阶段
将厚度为180-250mm的连铸成形的板坯置于加热炉中进行加热处理，在炉时间为160～220min，板坯出炉温度为1150～1250℃，出炉后对板坯进行高压水除鳞，除鳞水压≥18MPa，将一次氧化铁皮除净；所述的板坯为各种钢种，包括合金钢、低碳钢等；
(2)粗轧阶段
根据板坯厚度对板坯进行3-5道次粗轧，终轧温度控制在1030～1120℃，轧制中间坯厚度为35-45mm，采用奇数道次除鳞，除鳞水压≥18MPa，每个除鳞道次除磷处理时均完全除净二次氧化铁皮；
(3)精轧阶段
将进入精轧机的板坯除磷1次，除鳞水压≥18MPa，然后将板坯进行7机架的精轧，控制最后一道机架轧制速度为5～12m/s，终轧温度为840～900℃，终轧出口处带钢温度均匀性在±25℃，成品带钢厚度为2-12mm；机架间冷却水开启制度为前四个机架间的冷却水水量≥40％，后三机架间的冷却水水量逐渐减少、最后两机架间冷却水量＜15％；并且在F2(第二)至F6(第六)机架中的任意一个或多个机架上根据带钢厚度和轧制速度的要求投入热轧润滑油；
(4)轧后冷却卷取阶段
精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式冷却，冷却至温度为520～620℃，带钢温度均匀性控制在±20℃，进行卷取。
本发明生产出的热轧带钢无横向色差，氧化铁皮厚度控制在5-15μm，通过中国专利ZL2010100101165的“一种化学腐蚀检测热轧带钢氧化铁皮结构的方法”中记载的方法对本发明得到的产品进行检测，获得的热轧氧化铁皮中，氧化铁皮厚度和结构横向均匀性提高：对于合金钢氧化铁皮以先共析四氧化三铁为主，含量超过60％；对于低碳钢氧化铁皮以共析四氧化三铁为主，含量超过60％；通过表面观察和剖视检测的结果可以看出带钢表面质量明显提高。
本发明与现有技术相比，其特点在于：
(1)本发明针对一次氧化铁皮产生条件，通过优化板坯加热温度和除鳞制度要求，提高热连轧生产过程中一次氧化铁皮除鳞率，保证铸坯除鳞后无一次氧化铁皮残留。
(2)本发明针对粗轧阶段中二次氧化铁皮形成过程，提出了粗轧阶段的除鳞水压要求，保证粗轧阶段二次氧化铁皮的除鳞效果。
(3)本发明通过优化精轧过程中轧制温度及提高温度均匀性工艺，结合机架间冷却方式和热轧润滑制度，在降低氧化铁皮厚度的同时提高了氧化铁皮生长的均匀性，合理的轧制温度设计避免氧化铁皮破碎造成的后续氧化铁皮生长不均的问题。
(4)本发明在轧后冷却方面，采用前段式层流冷却模式，在保证带钢横向温度均匀性的前提下有效的降低了带钢表面温度，从而在保证三次氧化铁皮的均匀性的前提下降低了氧化铁皮厚度。
(5)考虑到卷取后冷却速率的不同，会导致冷却到室温后带钢边部与中部表面氧化铁皮组织结构出现差异，本发明通过控制卷取温度的方法使得氧化铁皮组织在冷却过程中直接进入先共析或共析区间，钢卷边部与钢卷中部的氧化铁皮中的FeO都能充分的进行先共析或共析反应，从而使钢卷中部与边部的氧化铁皮组织结构均匀相似，同时适当降低卷取温度，边部氧化铁皮虽处于富氧区，但长大趋势不是很明显，因此带钢表面边部与中部的氧化铁皮厚度基本一致。带钢表面氧化铁皮横向均匀性大大提高，从而使得钢卷表面的色差缺陷消失，消除带钢色差缺陷。
(6)通过本发明的工艺调整后，带钢表面的氧化铁皮厚度控制在5-15μm，对于合金钢的氧化铁皮以先共析四氧化三铁为主，含量超过60％；对于低碳钢的氧化铁皮以共析四氧化三铁为主，含量超过60％；氧化铁皮厚度和结构横向均匀性提高，带钢表面无色差缺陷，表面质量明显提高。
(7)本发明适用常规热连轧生产线，利用钢厂现有设备和工艺条件，不需要增加投资和生产成本。
附图说明
图1为常规工艺轧制的带钢表面色差缺陷宏观图片；
图2为常规工艺轧制的带钢中部氧化铁皮的断面结构及氧化铁皮厚度图片；
图3为常规工艺轧制的带钢边部氧化铁皮的断面结构及氧化铁皮厚度图片；
图4为本发明实施例1轧制的带钢表面宏观图片；
图5为本发明实施例1轧制的带钢酸洗效果宏观图片；
图6为本发明实施例1轧制的带钢中部氧化铁皮的断面结构及氧化铁皮厚度图片；
图7为本发明实施例1轧制的带钢边部氧化铁皮的断面结构及氧化铁皮厚度图片；
图8为本发明实施例3轧制的带钢中部氧化铁皮的断面结构及氧化铁皮厚度图片；
图9为本发明实施例3轧制的带钢边部氧化铁皮的断面结构及氧化铁皮厚度图片。
具体实施方式
以下实施例中所使用的轧机为2250mm热连轧生产线的轧机，全部为4辊轧机。
实施例中所使用的润滑油为热轧润滑轧制油，市购。
一次氧化铁皮：炉生氧化铁皮。
二次氧化铁皮：粗轧阶段生成的氧化铁皮。
三次氧化铁皮：精轧阶段生成的氧化铁皮。
在常规热轧工艺条件下，在加热炉中将板坯加热至1280℃，粗轧5道次，精轧6或者7道次，终轧温度为820℃，轧后冷却至温度为640℃，然后卷取。该工艺条件下，带钢表面均出现颜色差异，靠近中间部分区域呈现浅灰色，靠近边部区域呈现深蓝色，这就是所谓的“色差”缺陷，如图1所示，该带钢与实施例1的板坯原料相同。缺陷一般出现在离带钢边部30-50cm左右的位置，且呈对称分布。带钢表面出现色差缺陷严重影响产品的直接供货，并对后续生产加工工序产生不利影响。分别取存在色差缺陷带钢表面边部和中部氧化铁皮进行组织结构分析，其氧化铁皮断面微观组织结构如图2，3所示。带钢边部氧化铁皮外侧为一层较厚的Fe3O4组织，靠近基体侧是一层片层状共析组织Fe3O4+α-Fe，氧化铁皮厚度在11.5μm左右；带钢中部氧化铁皮基本为Fe3O4层，厚度在9-10μm。带钢表面氧化铁皮的组织结构及厚度存在较大的差异是造成色差缺陷的主要原因。
实施例1
以低碳钢DC04为目标钢种，通过冶炼得到较纯净的钢水，再经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.039％，Si：0.025％，Mn：0.23％，P：0.017％，S：0.0045％，Al：0.022％，余量为铁。
铸坯厚度为200mm，将铸坯置于加热炉中加热180min，出炉温度为1200℃，出炉后除磷水压为18MPa；粗轧阶段采用5道次粗轧，中间坯厚度为40mm，粗轧过程中1，3，5道次除鳞，粗轧除鳞水压为18MPa，粗轧终轧温度控制在1040℃；
将进入精轧机的板坯除磷1次，除磷水压为18MPa，然后进行7机架的精轧，精轧阶段开轧温度1030℃，精轧机冷却水开启模式为第一和第二机架间的冷却水水量为60％，第二和第三机架间的冷却水水量为50％，第三和第四机架间的冷却水水量为40％，第四和第五机架间的冷却水水量为30％，第五和第六机架间的冷却水水量为20％，第六和第七机架间的冷却水水量为10％；精轧阶段热轧润滑油投入机架为F2，F3，F4，F5；精轧阶段终轧温度为860℃，最后机架轧制速度为6.6m/s；成品带钢厚度为4.5mm，带钢温度均匀性控制在±20℃；
轧后冷却阶段，精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式，冷却至带钢温度为570℃，带钢温度均匀性控制在±20℃，进行卷取。
采用上述工艺获得的热轧带钢宏观照片如图4所示。经检测，带钢表面氧化铁皮如图6、7所示，氧化铁皮靠近基体侧为一层片层状共析组织，共析组织占整个氧化铁皮层的比例超过60％。表面氧化铁皮厚度统计结果显示，带钢表面氧化铁皮厚度在9.2-9.6μm之间，带钢表面边部与中部氧化铁皮厚度比较一致，厚度相对较为均匀。带钢表面氧化铁皮组织与厚度在横向的一致性使得带钢表面没有出现颜色差异，色差缺陷得以消除。图5为热轧带钢后续酸洗效果图，在保证消除带钢表面色差缺陷的情况下，有效地提高了酸洗表面质量。
实施例2
以低碳钢SPHC为目标钢种，通过冶炼得到较纯净的钢水，再经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.05％，Si：0.03％，Mn：0.33％，P：0.015％，S：0.004％，Al：0.02％，余量为铁。
铸坯厚度为220mm，将铸坯置于加热炉中加热200min，出炉温度为1180℃，出炉后除磷水压为20MPa；粗轧阶段采用5道次粗轧，中间坯厚度为38mm，粗轧过程中1，3，5道次除鳞，粗轧除鳞水压为20MPa，粗轧终轧温度控制在1080℃；
将进入精轧机的板坯除磷1次，精轧机除磷水压为20MPa，然后进行7机架的精轧，精轧阶段开轧温度1060℃，精轧机冷却水开启模式为第一和第二机架间的冷却水水量为65％，第二和第三机架间的冷却水水量为55％，第三和第四机架间的冷却水水量为45％，第四和第五机架间的冷却水水量为30％，第五和第六机架间的冷却水水量为15％，第六和第七机架间的冷却水水量为10％；精轧阶段热轧润滑油投入机架为F2，F3，F4，F5，F6；成品带钢厚度为3mm，精轧阶段终轧温度为880℃，最后机架轧制速度为9.8m/s，带钢温度均匀性控制在±25℃；
轧后冷却阶段，精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式，冷却至带钢温度为550℃，带钢温度均匀性控制在±15℃，进行卷取。
经检测，带钢表面氧化铁皮以共析组织为主，共析组织占整个氧化铁皮层的比例超过60％。带钢表面氧化铁皮厚度在7-8μm，带钢表面氧化铁皮组织结构与厚度横向均匀性明显提高，色差缺陷得以消除。
实施例3
以合金钢510L为目标钢种，通过冶炼得到较纯净的钢水，后经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.08％，Si：0.15％，Mn：1.3％，P：0.018％，S：0.005％，Al：0.02％，Nb：0.024％，余量为铁。
铸坯厚度为240mm，将铸坯置于加热炉中加热220min，出炉温度为1250℃，出炉后除磷水压为22MPa；粗轧阶段采用5道次粗轧，中间坯厚度为45mm，粗轧过程中1，3，5道次除鳞，粗轧除鳞水压为22MPa，粗轧终轧温度控制在1100℃；
将进入精轧机的板坯除磷1次，精轧机除磷水压为22MPa，然后进行7机架的精轧，精轧阶段开轧温度1080℃，精轧机冷却水开启模式为第一和第二机架间的冷却水水量为70％，第二和第三机架间的冷却水水量为60％，第三和第四机架间的冷却水水量为40％，第四和第五机架间的冷却水水量为30％，第五和第六机架间的冷却水水量为15％，第六和第七机架间的冷却水水量为5％；精轧阶段热轧润滑油投入机架为F2，F3，F4，F5，F6；成品带钢厚度为8mm，精轧阶段终轧温度为900℃，最后机架轧制速度为5.5m/s，带钢温度均匀性控制在±25℃；
轧后冷却阶段，精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式，冷却至带钢温度为560℃，带钢温度均匀性控制在±20℃，进行卷取。
经检测，带钢表面氧化铁皮如图8，9所示，氧化铁皮以先共析转变的氧化铁皮为主，先共析组织占整个氧化铁皮层的比例超过80％。带钢表面氧化铁皮厚度在9.5-10μm之间，带钢表面边部与中部氧化铁皮厚度和结构基本一致，带钢表面没有出现颜色差异，色差缺陷得以消除。
实施例4
以汽车大梁钢610L为目标钢种，通过冶炼得到较纯净的钢水，再经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为C：0.08％，Si：0.13％，Mn：1.55％，P：0.016％，S：0.006％，Al：0.03％，Nb：0.058％，Ti：0.008％，Nb：0.025％，，余量为铁。
铸坯厚度为180mm，将铸坯置于加热炉中加热160min，出炉温度为1150℃，出炉后除磷水压为19MPa；粗轧阶段采用3道次粗轧，中间坯厚度为45mm，粗轧过程中1，3道次除鳞，粗轧除鳞水压为19MPa，粗轧终轧温度控制在1120℃；
将进入精轧机的板坯除磷1次，精轧机除磷水压为19MPa，然后进行7机架的精轧，精轧阶段开轧温度1100℃，精轧机冷却水开启模式为第一和第二机架间的冷却水水量为75％，第二和第三机架间的冷却水水量为55％，第三和第四机架间的冷却水水量为45％，第四和第五机架间的冷却水水量为35％，第五和第六机架间的冷却水水量为20％，第六和第七机架间的冷却水水量为10％；精轧阶段热轧润滑油投入机架为F2，F3，F4，F5，F6；成品带钢厚度为10.5mm，精轧阶段终轧温度为840℃，最后机架轧制速度11.2m/s，带钢温度均匀性控制在±25℃；
轧后冷却阶段，精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式，冷却至带钢温度为520℃，带钢温度均匀性为±20℃，进行卷取。
经检测，氧化铁皮以先共析转变的氧化铁皮为主，先共析组织占整个氧化铁皮层的比例超过60％。带钢表面氧化铁皮厚度在8.2-9.5μm之间，带钢表面边部与中部氧化铁皮厚度和结构基本一致，带钢表面没有出现颜色差异，色差缺陷得以消除。
实施例5
以Q235B为目标钢种，通过冶炼得到较纯净的钢水，再经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.17％，Si：0.12％，Mn：0.33％，P：0.031％，S：0.011％，余量为铁。
铸坯厚度为250mm，将铸坯置于加热炉中加热160min，出炉温度为1230℃，出炉后除磷水压为21MPa；粗轧阶段采用5道次粗轧，中间坯厚度为35mm，粗轧过程中1，3，5道次除鳞，粗轧除鳞水压为21MPa，粗轧终轧温度控制在1030℃；
将进入精轧机的板坯除磷1次，精轧机除磷水压为21MPa，然后进行7机架的精轧，精轧阶段开轧温度1010℃，精轧机冷却水开启模式为第一和第二机架间的冷却水水量为60％，第二和第三机架间的冷却水水量为55％，第三和第四机架间的冷却水水量为40％，第四和第五机架间的冷却水水量为30％，第五和第六机架间的冷却水水量为20％，第六和第七机架间的冷却水水量为5％；精轧阶段热轧润滑油投入机架为F2，F3，F4，F5，F6；成品带钢厚度为3.5mm，精轧阶段终轧温度为870℃，最后机架轧制速度7.5m/s，带钢温度均匀性控制在±25℃；
轧后冷却阶段，精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式，冷却至带钢温度为620℃，带钢温度均匀性为±20℃，进行卷取。
经检测，氧化铁皮以先共析转变的氧化铁皮为主，先共析组织占整个氧化铁皮层的比例超过70％。带钢表面氧化铁皮厚度在7.5-9μm之间，带钢表面边部与中部氧化铁皮厚度和结构基本一致，带钢表面没有出现颜色差异，色差缺陷得以消除。

Claims (7)

1.一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)加热炉阶段
将厚度为180-250mm的连铸成形的板坯置于加热炉中进行加热处理，出炉后对板坯进行高压水除鳞，除鳞水压≥18MPa，将一次氧化铁皮除净；
(2)粗轧阶段
对板坯进行3-5道次粗轧，并对板坯进行除磷处理，终轧温度控制在1030～1120℃，轧制中间坯厚度为35-45mm；
(3)精轧阶段
将进入精轧机的板坯除磷1次，除鳞水压≥18MPa，然后将板坯进行7机架的精轧，机架间开启冷却水，控制最后一道机架轧制速度为5～12m/s，终轧温度为840～900℃，成品带钢厚度为2-12mm；
(4)轧后冷却卷取阶段
精轧后的带钢采用前段式层流冷却模式进行冷却，然后卷取。
2.根据权利要求1所述的一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，步骤(1)所述加热处理的在炉时间为160～220min，板坯出炉温度为1150～1250℃。
3.根据权利要求1所述的一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，步骤(2)所述的除磷方式为：采用奇数道次除鳞，除鳞水压≥18MPa，每个除鳞道次除磷处理时均完全除净二次氧化铁皮。
4.根据权利要求1所述的一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，带钢在终轧出口处的温度均匀性控制在±25℃。
5.根据权利要求1所述的一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，步骤(3)所述的机架间冷却水开启制度为：前四个机架间的冷却水水量≥40％，后三机架间的冷却水水量逐渐减少、最后两机架间冷却水量＜15％。
6.根据权利要求1所述的一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在F2至F6机架中的任意一个或多个机架上投入热轧润滑油。
7.根据权利要求1所述的一种消除热轧带钢表面色差缺陷的控制轧制方法，其特征在于，步骤(4)所述的冷却制度为，将带钢冷却至温度在520～620℃，带钢温度均匀性控制在±20℃。
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