CN110004359A - 一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板及其tmcp工艺生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板及其TMCP工艺生产方法，将成分达到要求的常规尺寸的连铸坯重新加热，对加热后的连铸坯进行先展宽后纵轧的方式轧制成最终成品厚度。通过对加热制度、轧制温度、每阶段的变形量、道次间隔时间、轧制速度、冷却制度的优化配合设计，充分发挥高温区、低温区轧制功效对原始奥氏体晶粒细化、相变促进的作用，通过对相变转变产物的类型、形态进行合理控制，实现高均匀性的纵横向性能与精确形状尺寸的大厚度宽板的在线直接生产。钢板的最大厚度到90mm，钢板的宽度为3000～4000mm，钢板的屈服强度400‑600MPa，抗拉强度500‑700MPa，CVN(‑40℃，纵/横向)≥64J。

Description

一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板及其TMCP工艺生产方法
技术领域
本发明属于中厚钢板制备技术领域，具体涉及一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板及其TMCP工艺生产方法。
背景技术
近年来，随着国内工业化的步伐越来越快，规模越来越大，一些机械设备和工程向大型化方向发展，出于降低焊接成本、减少焊缝和提高焊接质量的需要，要求钢板的几何尺寸向宽、长方向发展和扩大，因此近几年，海洋工程装备、工程机械、煤矿机械、大型矿车、桥梁及钢结构等行业对宽幅钢板的需求旺盛。同时，由于控制轧制和控制冷却方法相结合的TMCP工艺在利用钢铁材料的相变特点来改变材料的性能、提高钢材产品综合性能的方面的优势作用，现已成为目前轧钢技术实现减量化生产中厚钢板的重要手段。但由于钢铁厂连铸坯料的限制、轧机轧制力、轧辊长度、TMCP生产工艺技术特点、现场工人操作水平参差不齐，实际生产规格在3000mm以上的超宽钢板一直是国内外材料界的难题。
例如海工、桥梁、输油管线等领域已经要求特厚(最大厚度80，85，90mm)、超宽(成品宽度：3000-4000mm)钢板，而国内钢厂实际情况是能提供的常规板坯规格一般为300mm(厚)×2200-2300mm(宽)。如果用300mm厚、2300mm宽的连铸板坯在4300mm轧机上轧制90mm成品钢板，板坯展宽到要求的3000-4000mm超宽宽度后，压缩比很难满足常规两阶段控轧普遍要求的原则，即再结晶轧制总变形≥50-60％，非再结晶变形≥50-60％，由此带来的问题自然会影响到最终钢的性能，尤其是低温韧性等塑韧性指标难以达到要求，使得高性能要求的宽厚钢板生产成为亟需解决的问题。
申请号为201410075844.2、专利名称为“超薄宽幅耐磨钢板和以大压缩比生产该钢板的方法”的专利，公开的是一种为解决超薄宽幅耐磨钢板常规方法生产时板形难以控制、而二次开坯或热连轧方式成本高、成材率低等问题，采用30～35倍的大压缩比方法轧制成5～8mm×宽度3000～4000mm的钢板，然后通过淬火和回火处理获得HBW330-510级别的产品。其属于极薄超宽规格产品的生产工艺，并通过淬火回火工艺获得最终性能，与本专利申请的大厚度钢板、TMCP工艺生产方式有着本质区别。
申请号为200710054569.6、专利名称为“一种大厚度高层建筑结构用高强度钢板及其生产方法”的专利，采用电炉扁锭、Ⅱ型控轧工艺、水冷，然后再正火、水冷的方式生产100-110mm的Q460E-Z35特厚板。这种控轧控冷+正火处理工艺生产的特厚板存在着正火工艺会将前期控轧、冷却工艺的强化作用抵消的缺陷，存在明显的工艺浪费现象，必然造成成本居高不下。其生产工艺、宽度规格方面与本专利申请明显不同。
综上，大厚度钢板若采用热处理工艺生产存在工序长、需要配套专用设备、能源消耗大等现实问题，极宽规格钢板生产需要大厚度坯料、轧制力大的轧机等硬件保障，因此迫切需要开发一种大厚度宽板幅钢的TMCP工艺生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板及其TMCP工艺生产方法，获得的钢板具有高均匀纵横向强塑性、低屈强比、高止裂性和易焊接性特点，可以满足海工、桥梁、输油管线等等苛刻应用环境对高性能钢的需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板，其重量百分比包括C：0.04-0.10％、Si：0.15-0.50％、Mn：1.20-1.60％、Nb：0.020-0.070％、Ti0.010-0.030％、Cr：0.10-0.40％、Mo：0.10-0.40％、Als：0.015-0.050％、P＜0.015％、S＜0.010％，CEV≤0.47％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢板的最大厚度到90mm，钢板的宽度为3000～4000mm，钢板的屈服强度400-600MPa，抗拉强度500-700MPa，CVN(-40℃，纵/横向)≥64J。
上述高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，包括以下步骤：
a)将成分达到要求的厚270-300mm×宽2200-2300mm常规尺寸的连铸坯进行加热，加热温度为1180-1220℃，加热时间为10-12min/cm；
b)加热后的连铸坯在高温区采用横轧方式展宽轧制，轧制温度为1080-1150℃，轧后钢坯在辊道上待温；
c)钢坯降温至960-1000℃区间，继续采用横轧方式展宽成要求的成品宽度；
d)中间坯进入未再结晶区温度范围时采用纵轧方式轧制成最终成品厚度，轧制温度为780-860℃；
e)轧后钢板冷却开始温度控制在710-730℃范围，终冷温度控制在260-340℃。
具体地，所述步骤b)和步骤c)中，展宽阶段的总道次不超过6道次，以轧制速度1.0-2.5m/s的低速大压下方式轧制。
具体地，所述步骤b)中高温区横轧展宽阶段其中有两道次的道次变形率控制在12％以上，该阶段总变形为25％～35％。
具体地，所述步骤c)中总变形为20％～25％，道次间隔时间大于100秒。
具体地，所述步骤d)中的中间坯料厚度为160-180mm。
具体地，所述步骤d)中纵轧阶段全过程道次间隔时间控制在10-20秒，以2.8-4m/s的轧制速度快速轧制。
具体地，所述步骤e)中冷却速率控制在20-30℃/s。
本发明具有以下有益效果：
本发明具有以下有益效果：
(1)合理发挥展宽轧制在宽幅中厚板生产方面的作用，并兼顾展宽比、延展比分配在改善钢板横纵向性能均匀性方面的作用，减少横纵向变形差异的影响，通过大展宽比实现钢板内部组织结构和织构分布均匀，从而保证钢板横纵向性能均匀。
(2)充分考虑了影响再结晶效果的因素如变形温度、变形量、道次间隔时间和轧制速度对高温阶段动态再结晶、静态再结晶的影响规律，通过优化轧制规程的温度、变形量与道次间隔时间的配合，多次创造再结晶细化晶粒条件，实现原始奥氏体晶粒充分细化。
(3)通过快速轧制、短停留时间等工艺规程控制，确保未再结晶区高应变积累的变形带等缺陷得到保留，为最后低温相变提供动力学条件。
(4)突破大厚度钢板生产对压缩比的限制、常规两阶段控轧对总变形量的限制，通过创新加热、轧制、冷却温度控制技术，既保证微合金元素的重新固溶与析出的温度要求，又发挥高温区、低温区轧制功效不同对晶粒细化、相变促进的作用，通过对相变转变产物的类型、形态进行合理控制，使得大厚度宽板幅钢获得均匀性高的纵横向性能与精确的形状尺寸。
本发明以TMCP工艺直接轧制成材，改变了传统扁锭、大坯料、热处理等长流程生产工艺，开发出一套低成本、短流程制造技术，工艺的制定具有独特性；应用本技术生产的钢板最大厚度到90mm，宽度达3000～4000mm，纵、横向性能均匀、强韧性富余量大、易焊接。不仅大大降低了成本，提高了生产效率，而且能很好地满足批量化生产的要求。
附图说明
图1是实施例1中制备的钢板的金相组织图。
图2是实施例2中制备的钢板的金相组织图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
将化学成分包括(按wt％计)：C：0.08％、Si：0.35％、Mn：1.45％、Nb：0.025％、Ti0.018％、Cr：0.35％、Mo：0.25％、Als：0.035％、P：0.012％、S：0.003％，CEV：0.44％，其余为Fe和不可避免的杂质的300mm×2300mm连铸坯重新加热至1205℃，在炉时间5.5小时。出炉后进入粗轧机进行高温区横轧3道次展宽，1140℃开轧，轧制速度控制在1.8-2.2m/s，本阶段的轧制在1100℃温度结束，此时轧件厚度210mm；钢坯降温至1000℃以下，继续采用横轧方式展宽2道次达到4100mm以上的钢板毛宽，此时轧件厚度167mm，轧制的道次间隔时间为100秒以上；转钢后待温至850℃送入精轧机以3-3.5m/s轧制速度快速纵轧成85mm钢板，道次间隔时间控制在10-20秒，在820℃结束最终轧制。轧后进水冷温度控制在710℃，以25℃/s快冷速率冷至300℃。随后出水冷区自然空冷至室温制得钢板。钢板金相组织图如图1所示。该钢板的屈服强度520MPa，抗拉强度615MPa，CVN(-40℃，纵向)307J，CVN(-40℃，横向)288J。
实施例2
将化学成分包括(按wt％计)：C：0.05％、Si：0.20％、Mn：1.52％、Nb：0.055％、Ti0.025％、Cr：0.25％、Mo：0.20％、Als：0.032％、P：0.010％、S：0.005％，CEV：0.39％，其余为Fe和不可避免的杂质的300mm×2200mm连铸坯重新加热至1220℃，在炉时间5.8小时。出炉后进入粗轧机进行高温区横轧2道次展宽，1120℃开轧，轧制速度控制在1.2-1.8m/s，本阶段的轧制在1080℃温度结束，此时轧件厚度225mm；钢坯降温至980℃以下，继续采用横轧方式展宽2道次达到3600mm以上的钢板毛宽，此时轧件厚度180mm，轧制的道次间隔时间为120秒以上；转钢后待温至820℃送入精轧机以3.2-4m/s轧制速度快速纵轧成90mm钢板，道次间隔时间控制在10-20秒，在780℃结束最终轧制。轧后进水冷温度控制在720℃，以30℃/s快冷速率冷至280℃。随后出水冷区自然空冷至室温制得钢板。钢板金相组织图如图2所示。该钢板的屈服强度455MPa，抗拉强度570MPa，CVN(-40℃，纵向)294J，CVN(-40℃，横向)278J。
实施例3
将化学成分包括(按wt％计)：C：0.04％、Si：0.50％、Mn：1.20％、Nb：0.070％、Ti0.010％、Cr：0.40％、Mo：0.10％、Als：0.15％、P：0.014％、S：0.008％，CEV：0.47％，其余为Fe和不可避免的杂质的270mm×2250mm连铸坯重新加热至1180℃，在炉时间6.0小时。出炉后进入粗轧机进行高温区横轧4道次展宽，1150℃开轧，轧制速度控制在1.0-1.6m/s，本阶段的轧制在1110℃温度结束，此时轧件厚度200mm；钢坯降温至990℃以下，继续采用横轧方式展宽4道次达到3800mm以上的钢板毛宽，此时轧件厚度156mm，轧制的道次间隔时间为100秒以上；转钢后待温至860℃送入精轧机以2.8-3.4m/s轧制速度快速纵轧成80mm钢板，道次间隔时间控制在10-20秒，在810℃结束最终轧制。轧后进水冷温度控制在730℃，以28℃/s快冷速率冷至340℃。随后出水冷区自然空冷至室温制得钢板。该钢板的屈服强度600MPa，抗拉强度700MPa，CVN(-40℃，纵向)330J，CVN(-40℃，横向)308J。
实施例4
将化学成分包括(按wt％计)：C：0.10％、Si：0.15％、Mn：1.60％、Nb：0.020％、Ti0.030％、Cr：0.10％、Mo：0.40％、Als：0.050％、P：0.009％、S：0.004％，CEV：0.41％，其余为Fe和不可避免的杂质的280mm×2300mm连铸坯重新加热至1200℃，在炉时间5.6小时。出炉后进入粗轧机进行高温区横轧5道次展宽，1130℃开轧，轧制速度控制在1.9-2.5m/s，本阶段的轧制在1090℃温度结束，此时轧件厚度205mm；钢坯降温至1000℃以下，继续采用横轧方式展宽5道次达到3700mm以上的钢板毛宽，此时轧件厚度170mm，轧制的道次间隔时间为100秒以上；转钢后待温至830℃送入精轧机以3.5-4m/s轧制速度快速纵轧成79mm钢板，道次间隔时间控制在10-20秒，在790℃结束最终轧制。轧后进水冷温度控制在720℃，以20℃/s快冷速率冷至260℃。随后出水冷区自然空冷至室温制得钢板。该钢板的屈服强度400MPa，抗拉强度500MPa，CVN(-40℃，纵向)273J，CVN(-40℃，横向)260J。

Claims (8)

1.一种高均匀纵横向韧性宽幅钢板，其特征在于，其重量百分比包括C：0.04-0.10％、Si：0.15-0.50％、Mn：1.20-1.60％、Nb：0.020-0.070％、Ti0.010-0.030％、Cr：0.10-0.40％、Mo：0.10-0.40％、Als：0.015-0.050％、P＜0.015％、S＜0.010％，CEV≤0.47％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢板的最大厚度到90mm，钢板的宽度为3000～4000mm，钢板的屈服强度400-600MPa，抗拉强度500-700MPa，CVN(-40℃，纵/横向)≥64J。
2.如权利要求1所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将成分达到要求的厚270-300mm×宽2200-2300mm常规尺寸的连铸坯进行加热，加热温度为1180-1220℃，加热时间为10-12min/cm；
b)加热后的连铸坯在高温区采用横轧方式展宽轧制，轧制温度为1080-1150℃，轧后钢坯在辊道上待温；
c)钢坯降温至960-1000℃区间，继续采用横轧方式展宽成要求的成品宽度；
d)中间坯进入未再结晶区温度范围时采用纵轧方式轧制成最终成品厚度，轧制温度为780-860℃；
e)轧后钢板冷却开始温度控制在710-730℃范围，终冷温度控制在260-340℃。
3.如权利要求2所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，所述步骤b)和步骤c)中，展宽阶段的总道次不超过6道次，以轧制速度1.0-2.5m/s的低速大压下方式轧制。
4.如权利要求3所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，所述步骤b)中高温区横轧展宽阶段其中有两道次的道次变形率控制在12％以上，该阶段总变形为25％～35％。
5.如权利要求3所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，所述步骤c)中总变形为20％～25％，道次间隔时间大于100秒。
6.如权利要求2所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，所述步骤d)中的中间坯料厚度为160-180mm。
7.如权利要求2所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，所述步骤d)中纵轧阶段全过程道次间隔时间控制在10-20秒，以2.8-4m/s的轧制速度快速轧制。
8.如权利要求2所述的高均匀纵横向韧性宽幅钢板的TMCP工艺生产方法，其特征在于，所述步骤e)中冷却速率控制在20-30℃/s。
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