CN109482647B - 基于tscr动态变规程提高材料低温韧性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，精轧机组进行“5‑1”动态变规程过程中、过程后，启动在线回火，将精轧机组“5‑1”动态变规程与在线回火相结合，短时间内对材料的显微组织产生显著影响，能够有效利用轧后带材余热余压等余能资源，在低温余热阶段与在线回火相结合，自由控制组织相变、简化生产工艺及节约能耗，达到最佳的强韧性匹配，促进低温余热等二次能源的综合利用，达到节能降耗、环境保护的目的。同时，可以建立钢铁企业与用户战略合作机制，促进钢铁企业由生产商向服务商的转变，促进区域制造企业加快产业升级，实现轧制工艺与热处理技术的联合重组，在工业应用中具有很大的前景。

Description

基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法

技术领域

本发明属于钢铁材料工程领域，涉及一种提高材料低温韧性的方法，特别是一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法。

背景技术

钢铁工业作为国民经济发展水平和经济实力的重要标志，正面临着产能与资源供给、能源消耗、环境负荷之间的矛盾所带来的巨大挑战。各大生产企业不断采用新工艺、新技术，经济地生产高强度、高塑性、高韧性、长寿命的钢铁材料。

由此催生了薄板坯连铸连轧技术TSCR升级，TSCR技术被誉为国际钢铁工业发展中的“第三次技术革命”，第三代TSCR技术ESP无头轧制工艺流程如图1所示，连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→卷曲。

无头轧制技术相比于传统热连轧工艺，具有高附加值、低能耗、低排放的优势。生产薄规格热轧板可替代同等厚度冷轧钢板，可实现“以热代冷”、“以薄代厚”。由于第三代TSCR生产线实现了连铸与轧线的刚性连接，牺牲了系统柔性，如ESP轧机单次在线时间长，这就导致轧辊磨损增加，需要频繁更换轧辊，精轧机组换辊期间，上游连铸无法进行，生产被迫停止。由此引出第三代TSCR动态变规程策略。

正常第三代TSCR无头轧制生产时，五机架精轧机投入使用，当工作的某一机架轧辊磨损严重，需要更换时，启动动态变规程换辊策略，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，在换辊过程中，由于轧件存在楔形区，并且精轧机组工作轧机发生变化，由原有五机架精轧机组变为四机架精轧机组，所以存在轧件几何形状、轧机运行装备的变化，保证轧件几何形状平稳过渡和轧机装备瞬态稳定切换，此种技术为“5-1”动态变规程技术，该技术解决了ESP无头轧制生产中由于频繁换辊导致的停机问题，实现不停机在线更换轧辊。

目前第三代TSCR工艺生产高强钢采用奥氏体区轧制，在精轧机组在线换辊过程中存在的换辊机架的撤出，原有精轧机组五机架轧制通过“5-1”动态变规程换辊策略变为四机架轧制，由于精轧机组工作轧机数量减少，以及每个轧机的压下规程不同，导致四机架精轧机组轧后带材产品微观组织分布不均匀，难以在强度、韧塑性以及钢板平坦度等性能指标上达到要求的结果，需要进行离线回火后进行深加工，轧制后的带材采用离线回火热处理的方式来达到强度等级要求和综合力学性能稳定，通过将轧制线上经过层流冷却卷曲后的带材离线转到另一条热处理生产线，通常为不同企业或不同车间进行离线回火处理，来调控带材微观组织结构以及碳氮化物的析出行为等。由于钢铁原料经过多重加工，从原料到成品的制备，由于传统回火工艺需要进行长时间的加热保温，并且消耗大量能源，各大生产企业在生产高强钢过程中为了提高钢材的强度，不断提高轧后钢材的韧塑性，满足要求的产品性能，近年来，国内外出现了许多金属材料在使用时发生脆性断裂事故的例子，主要是在海洋平台、建筑等领域。经过相关专家研究表明，金属材料在低温条件下使用过程中，当趋于某个温度阈值，材料的低温韧性会迅速下降，很容易发生脆性断裂现象，由于材料脆性的因素而导致高强度带材无法充分被利用。第三代TSCR工艺生产高强钢会产生大量的余热余压等余能资源，推进钢铁企业的二次能源回收利用，在低温余热阶段与在线回火相结合，可以达到节能降耗、环境保护的目的，开发一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法具有重要的现实意义和实用价值。

发明内容

具体而言，本发明提供一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→在线回火→卷曲。

可优选的是，正常无头轧制生产时，五机架精轧机组投入使用，当工作的某一机架轧辊磨损严重，需要更换时，启动动态变规程换辊策略，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，在换辊过程中，由于轧件存在楔形区，并且精轧机组工作轧机发生变化，实现轧制从五机架精轧机组→四机架精轧机组稳定过渡，此种技术为“5-1”动态变规程技术。

可优选的是，所述粗轧机组为3机架粗轧机，精轧机组为5机架精轧机。

可优选的是，所述的粗轧机组为四辊轧机，精轧机组为四辊轧机。

可优选的是，精轧机组进行“5-1”动态变规程过程中、过程后，启动在线回火，连铸出口温度为1500℃的带坯，经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经过感应加热升温至1150℃，经精轧机组末机架温度为850℃，到层流冷却温度降至200℃，进行在线回火，温度升高至620℃，保温40s，然后进行卷曲。

可优选的是，经粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经感应加热升温至1150℃，并经过精轧机组轧制后，轧制带材经精轧机组的末机架温度为850℃，使所述热轧带材生成稳定的奥氏体组织。

可优选的是，进行在线回火，温度升高至620℃，得到具有明显板条特征细小的多边形铁素体组织。

本发明一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，要求带材在动态变规程过程中、过程后，开启在线回火，系统的解决四机架精轧机组在无头轧制带材过程中由于压下量不足会导致最后产品微观组织分布不均匀，无法得到力学性能满足要求的产品，本发明在充分满足材料的强度使用要求的同时，并且保证材料具有低温性能的使用要求，采取控制轧制，轧后热处理等不同工艺，实现兼具高强度、高塑性钢材的生产，通过对现有第三代TSCR生产线进行改造，在生产线层流冷却工艺后添加在线回火，本发明生产线示意图如图2所示，具体工艺流程如图3所示，将精轧机组“5-1”动态变规程与在线回火相结合，短时间内对材料的显微组织产生显著的影响，能够有效利用轧后钢板余热余压等余能资源，在低温余热阶段与在线回火相结合，自由控制组织相变、简化生产工艺及节约能耗。

因此，本发明一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法可以精简工艺流程，缩短产品生产周期，并可以实现对微观组织进行优化控制，达到最佳的强韧性匹配，促进低温余热等二次能源的综合利用，达到节能降耗、环境保护的目的。同时，可以建立钢铁企业与用户战略合作机制，促进钢铁企业由生产商向服务商的转变，促进区域制造企业加快产业升级，实现轧制工艺与热处理技术的联合重组，在工业应用中具有很大的前景。

附图说明

图1是第三代TSCR技术ESP工艺流程图；

图2是本发明生产线示意图；

图3是本发明基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法工艺流程图；

图4是本发明温度工艺流程图；

图5是传统离线回火技术处理后材料的TEM组织图；

图6是传统离线回火技术碳氮物析出TEM图；

图7是采用本发明处理后材料的TEM组织图；

图8是采用本发明处理后材料的碳氮物析出TEM图；

图9是本发明采用不同工艺回火后的低温冲击吸收能量图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行说明。

目前第三代TSCR-ESP无头轧制工艺流程如图1所示，连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→卷曲。

当精轧机组某架轧辊磨损严重，需要更换时，启动“5-1”动态变规程策略，开启在线换辊，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，在换辊过程中，由于轧件存在楔形区，并且精轧机组工作轧机发生变化，由原有五机架精轧机组变为四机架精轧机组，由于在线换辊过程中，轧件的几何形状与轧机的运行模式将发生较大变化，在轧制高强钢工艺过程中，由于带材的强度要求较高，四机架精轧机组在无头轧制带材过程中由于压下量不足会导致最后产品微观组织分布不均匀，无法得到力学性能满足要求的产品。因此，本申请考虑TSCR动态变规程过程中材料的低温韧性的要求，开发一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法生产线示意图如图2所示，连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→在线回火→卷曲。图中附图标记说明如下，连铸1、粗轧机组2、摆式剪3、感应加热4、除鳞箱5、精轧机组6、层流冷却7、在线回火8、卷曲9。具体工艺流程如图3所示，连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→在线回火→卷曲。粗轧机组为3机架粗轧机，精轧机组为5机架精轧机，粗轧机组、精轧机组为四辊轧机。

当精轧机组某架轧辊磨损严重，需要更换时，精轧机组进行“5-1”动态变规程过程中，过程后，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，精轧机组由原有五机架精轧机组变为四机架精轧机组，启动在线回火，温度工艺流程如图4所示。连铸出口温度为1500℃，带材经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经过感应加热升温至1150℃，经过精轧机组轧制，最后带材经精轧机组末机架温度为850℃，到层流冷却温度降至200℃，经过在线回火，使带材的温度升高至620℃并保温40s，空冷后进行卷曲。经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经过感应加热炉加热并保温1150℃，并经过四机架精轧机组轧制后、轧制带材经四机架精轧机组的末机架温度为850℃，使所述热轧带钢生成稳定的奥氏体组织。

目前经过轧制后的带材采用离线回火热处理的方式来达到强度等级要求和综合力学性能稳定，通过将轧制线上经过层流冷却的带材离线转到另一条热处理生产线进行离线热处理，来调控材料显微组织结构以及碳氮化物的析出行为等。

本发明通过使用在线回火，能够对带材进行高效加热并进行快速回火，使带材的性能短时间内会发生显著变化，内部组织构成和回火温度密切相关，通过在线快速回火控制第二相析出物和未转变的奥氏体。

具体实施例：

温度工艺流程如图4所示。连铸出口温度为1500℃，带材经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经过感应加热升温至1150℃，经过五机架精轧机组轧制，最后带材经精轧机组末机架温度为850℃，到层流冷却温度降至200℃，当精轧机组某架轧辊磨损严重，需要更换时，精轧机组进行“5-1”动态变规程过程中，过程后，开启在线回火，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，精轧机组由原有五机架精轧机组变为四机架精轧机组，进行在线回火处理，温度升高至620℃，保温40s，然后空冷进行卷曲。

由于一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，基于精轧机组“5-1”动态变规程在线换辊策略，轧制材料为高强度钢板。

以上述方法作为指导原则，以Q345钢为例，对具体的实施例进行说明。

实施例

一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，经连铸1500℃的带材，带材经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经过感应加热保温1150℃，经过五机架精轧机组轧制，最后带材经精轧机组末机架温度为850℃，到层流冷却温度降至200℃，当精轧机组某架轧辊磨损严重，需要更换时，精轧机组进行“5-1”动态变规程过程中，过程后，开启在线回火，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，精轧机组由原有五机架精轧机组变为四机架精轧机组，进行在线回火处理，在线回火温度升高至620℃，保温40s，然后空冷进行卷曲。

经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，微观组织为奥氏体组织，进过感应加热1150℃，带材微观组织为奥氏体组织，最后带材经精轧机组末机架温度为850℃，带材微观组织为奥氏体组织。经过层流冷却后，带材进入在线回火部分，图5、6所示为Q345D钢传统离线回火TEM形貌。Q345D钢在传统回火条件下的组织一般为板条铁素体，由于回火过程时间较长，部分相容易发生再结晶，出现较多的等轴状铁素体组织，从图5可以看出，相邻铁素体板条相互平行，呈现一定的方向性，板条边界清晰，板条宽约为150nm，其取向角较大；图6中碳氮化物大多在晶界附近析出，分布比较均匀，虽能满足一般钢材的使用要求，但无法适应低温环境下对该材料的力学性能要求。

图7、图8为Q345D钢在线回火后的TEM组织，从图7中可以看到，Q345D钢快速回火后的组织主要为贝氏体型铁素体，晶界处可以看到有较多的岛状组织出现，分布在板条间或边界处，尺寸细小。从图8看出，基体内部分布着大量的位错结构，这是由于回火过程加热速度快，基体上的位错来不及回复或重新排列，提供大量形核地点，使得碳氮化物的形核率高，尺寸细化，分布更加弥散；另一方面，细小的近球状颗粒对位错具有钉扎作用，阻碍可动位错的滑移，使基体上分布大量位错结构。因此，在快速加热条件下，碳氮化物析出和组织高密度位错相互促进，起到位错强化和沉淀强化的作用。由于回火温度较高，相组织有充足的时间发生回复、再结晶过程，转变为等轴状铁素体的数量较多；同时析出的碳化物在长时间保温条件下成为近球状颗粒，均匀分布在铁素体基体上，因此能获得稳定的低温冲击性能。图9为Q345D钢不同回火温度后的低温冲击吸收能量，从图中可以看出本发明选取的620℃在线回火温度能够获得最优的低温性能，因此本申请优选回火温度为620℃。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (2)

1.一种基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，其特征在于：连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→在线回火→卷曲；

正常无头轧制生产时，五机架精轧机组投入使用，当工作的某一机架轧辊磨损严重，需要更换时，启动动态变规程换辊策略，换辊轧机直接退出轧制并进行在线不停机换辊，在换辊过程中，由于轧件存在楔形区，并且精轧机组工作轧机发生变化，实现轧制从五机架精轧机组→四机架精轧机组稳定过渡，此种技术为“5-1”动态变规程技术；

精轧机组进行“5-1”动态变规程过程中、过程后，启动在线回火，连铸出口温度为1500℃的带坯，经过粗轧机组第三机架的出口温度为950℃，经过感应加热升温至1150℃，经精轧机组的末机架温度为850℃，使所述热轧带材生成稳定奥氏体组织；到层流冷却通道冷却温度降至200℃，进行在线回火，温度升高至620℃，保温40s，然后进行卷曲，得到具有板条特征细小的多边形铁素体组织；

所述粗轧机组为3机架粗轧机，精轧机组为5机架精轧机；

所述的粗轧机组为四辊轧机，精轧机组为四辊轧机。

2.根据权利要求1所述基于TSCR动态变规程提高材料低温韧性的方法，其特征在于：在进行在线回火处理中， 620℃进行回火，冲击吸收能量提高12%以上。

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