CN110527809B - 降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，通过控制热轧机组的轧后快速冷却实现残余应力的在线调控，将高强度带钢的连续冷却区间依次划分为递增冷却段、恒速冷却段和精调冷却段，在递增冷却段采用递增的冷却速率进行冷却，即冷却速度随高强度带钢的温度的逐步降低而逐渐增高，在恒速冷却段采用恒定的冷却速率进行冷却。可以在保证材料强韧性的条件下，实现快速冷却过程中残余应力的在线调控，成本低。

Description

降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法
技术领域
本发明属于热轧领域，具体涉及一种降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法。
背景技术
带钢在汽车、起重机吊臂等行业得到广泛应用，为减轻自重、提高结构安全性，工程机械行业普遍选用屈服强度Re≥600MPa的高强度带钢，Re≥980MPa高强度带钢的应用也在逐步增加。为降低材料成本，提升焊接性能，采用低合金成分设计，通过TMCP(ThermoMechanical Control Process)及快速冷却工艺细化晶粒、控制析出相，提高材料的强韧性已成为新一代高强度带钢发展的主要途径。但是，快速冷却工艺在提高材料强韧性的同时，也在高强度带钢中引入高的残余应力，使高强度带钢残余应力问题的日益凸显，剪切、折弯、焊接过程中的材料变形、尺寸改变甚至材料开裂等问题不断困扰着高强度带钢的生产以及应用企业，为降低高强度带钢的残余应力水平，人们试图通过制备过程的平直度控制减小材料使用过程中的形状及尺寸改变，但收效甚微，部分高强度带钢的一次成型合格率低于60％。为解决上述残余应力问题，人们在残余应力处理方面消耗了大量的资金及成本，以残余应力研究相对领先的精密制造领域为例，在欧洲由于残余应力畸变引起的成本增加占整个制造成本的4％以上。
回火是目前钢铁行业普遍认可的降低高强钢残余应力水平的生产工艺，占据国内高端高强钢市场的瑞典SSAB、日本新日铁、宝钢等企业全部采用回火工艺对高强钢的残余应力加以调控，回火处理是将热轧后的高强钢板加热到临界温度Ac1(钢加热时，开始形成奥氏体的温度)以下的某一温度进行保温，以降低热轧高强钢的残余应力水平，回火处理后的残余应力问题基本得到控制。但是，由于回火处理的温度一般为650℃-680℃，但是，试验数据显示，650℃回火30min后，高强钢中的残余应力仅降低64.3％，而且还会导致材料关键性能的降低，不仅如此，高温回火还不可避免地增加了高强钢的生产成本，据统计用于降低高强钢残余应力水平的回火成本高达300元/吨钢，在这种背景下，开发低成本残余应力调控技术就成为众多生产厂商迫切希望解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，可以在保证材料强韧性的条件下，实现快速冷却过程中残余应力的在线调控，成本低。
本发明所采用的技术方案是：
一种降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，通过控制热轧机组的轧后快速冷却实现残余应力的在线调控，将高强度带钢的连续冷却区间依次划分为递增冷却段、恒速冷却段和精调冷却段，在递增冷却段采用递增的冷却速率进行冷却，即冷却速度随高强度带钢的温度的逐步降低而逐渐增高，在恒速冷却段采用恒定的冷却速率进行冷却。
进一步地，通过控制相变前带钢表面温度应力的作用方向，控制相变塑性正负，进而实现在线残余应力控制。
进一步地，在递增冷却段温度区间为终轧温度至Ar3+ΔT，在恒速冷却段温度区间为Ar3+ΔT至终冷温度，Ar3为高强度带钢的相变温度，ΔT为根据机组设备配置确定的调节温度。
进一步地，高强度带钢的相变温度Ar3的确定方法是，先测定过冷奥氏体连续冷却转变CCT曲线，再确定高强度带钢的相变温度Ar3。
进一步地，在递增冷却段，最大冷却速率VCooling满足以下计算公式，
Figure BDA0002179563310000021
式中，VCooling为最大冷却速度；A为调整系数；k为高强度带钢的导热系数；σs为高强度带钢在温度T时的屈服强度；α为高强度带钢的热膨胀系数；ρ为高强度带钢的密度；c为高强度带钢的比热；E为高强度带钢的在温度T时的弹性模量。
本发明的有益效果是：
热轧过程中，轧后的快速冷却是提高材料强韧性的关键步骤，也是残余应力引入的主要原因，该方法利用冷却过程中残余应力的形成机理以及相变塑性与温度应力的相关关系，通过相变前温度应力作用方向的调整，控制相变塑性应变的方向，可以在保证材料强韧性的条件下，实现快速冷却过程中残余应力的在线调控，实现残余应力在线调控后，可以省略轧后的回火处理，吨钢成本降低300-500元/吨。
附图说明
图1是本发明实施例中连续冷却区间的划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，通过控制热轧机组的轧后快速冷却实现残余应力的在线调控，如图1所示，将高强度带钢的连续冷却区间依次划分为递增冷却段、恒速冷却段和精调冷却段，在递增冷却段采用递增的冷却速率进行冷却，即冷却速度随高强度带钢的温度的逐步降低而逐渐增高，在恒速冷却段采用恒定的冷却速率进行冷却。精调冷却段为常规设置，与现有机组的配置相同，因此没有展开描述。热轧过程中，轧后的快速冷却是提高材料强韧性的关键步骤，也是残余应力引入的主要原因，该方法利用冷却过程中残余应力的形成机理以及相变塑性与温度应力的相关关系，通过相变前温度应力作用方向的调整，控制相变塑性应变的方向，可以在保证材料强韧性的条件下，实现快速冷却过程中残余应力的在线调控(调控效果因钢种而异，无法一概而论)，实现残余应力在线调控后，可以省略轧后的回火处理，吨钢成本降低300-500元/吨。
在本实施例中，通过控制相变前带钢表面温度应力的作用方向，控制相变塑性正负，进而实现在线残余应力控制。
在本实施例中，在递增冷却段温度区间为终轧温度至Ar3+ΔT，在恒速冷却段温度区间为Ar3+ΔT至终冷温度，Ar3为高强度带钢的相变温度(先测定过冷奥氏体连续冷却转变CCT曲线，再确定高强度带钢的相变温度Ar3)，ΔT为根据机组设备配置确定的调节温度。
在本实施例中，在递增冷却段，最大冷却速率VCooling满足以下计算公式，
Figure BDA0002179563310000031
式中，VCooling为最大冷却速度(单位，K/s)；A为调整系数；k为高强度带钢的导热系数(单位，W/(mK))；σs为高强度带钢在温度T时的屈服强度(单位，MPa)；α为高强度带钢的热膨胀系数(单位，1/K)；ρ为高强度带钢的密度(单位，kg/m3)；c为高强度带钢的比热(单位，J/(kgK))；E为高强度带钢的在温度T时的弹性模量(单位，MPa)。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，其特征在于：通过控制热轧机组的轧后快速冷却实现残余应力的在线调控，将高强度带钢的连续冷却区间依次划分为递增冷却段、恒速冷却段和精调冷却段，在递增冷却段采用递增的冷却速率进行冷却，即冷却速度随高强度带钢的温度的逐步降低而逐渐增高，在恒速冷却段采用恒定的冷却速率进行冷却；
在递增冷却段，最大冷却速率
Figure DEST_PATH_IMAGE002
满足以下计算公式，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 308788DEST_PATH_IMAGE002
为最大冷却速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为调整系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为高强度带钢的导热系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为高强度带钢在温度T时的屈服强度；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为高强度带钢的热膨胀系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为高强度带钢的密度；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为高强度带钢的比热；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为高强度带钢的在温度T时的弹性模量。
2.如权利要求1所述的降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，其特征在于：通过控制相变前带钢表面温度应力的作用方向，控制相变塑性正负，进而实现在线残余应力控制。
3.如权利要求1所述的降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，其特征在于：在递增冷却段温度区间为终轧温度至Ar3+
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，在恒速冷却段温度区间为Ar3+
Figure 880058DEST_PATH_IMAGE020
至终冷温度，Ar3为高强度带钢的相变温度，
Figure 597478DEST_PATH_IMAGE020
为根据机组设备配置确定的调节温度。
4.如权利要求3所述的降低残余应力的热轧高强度带钢制备方法，其特征在于：高强度带钢的相变温度Ar3的确定方法是，先测定过冷奥氏体连续冷却转变CCT曲线，再确定高强度带钢的相变温度Ar3。
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