CN110578042B - 一种冷硬制管用钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷硬制管用钢的生产方法，钢水在经脱硫、转炉冶炼和精炼后经连铸产出连铸板坯，板坯进行热轧，热轧卷冷却后经酸洗、切边、冷轧，冷轧采用5机架六辊连轧机组，冷轧压下率为30％～45％，卷取得到厚度为1.2mm～2.5mm的冷硬成品钢卷。显微组织为铁素体+珠光体，未经退火处理，抗拉强度为550MPa～650MPa，纵向延伸率为5％以上。通过优化成分设计和生产工艺，提高了冷硬带钢的机械加工性能，使冷硬带钢可以直接作为圆形、方形钢管制造等一些成型工艺较复杂的原料，拓宽了冷硬带钢的用途。冷硬带钢表面质量优于热轧带钢，同时硬度远高于热轧和冷轧带钢，对应制造的钢管产品表面硬度更高，耐磨性更好。

Description

一种冷硬制管用钢的生产方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种冷硬制管用钢的生产方法。
背景技术
在常温下以热轧卷为原料，经酸洗去除氧化铁皮后进行冷连轧并卷取，或对热轧酸洗钢卷进行连续轧制并卷取，其成品称为冷硬卷。由于连续变形引起的加工硬化使冷硬卷的强度、硬度急剧上升，韧性、塑性指标大幅下降，且因为没有经过退火处理，其内部晶粒变形拉长，组织不均，冷硬卷机械加工性能差，只能进行简单的、有方向性的加工，一般不能直接作为制管等成型加工原料。
虽然冷硬卷力学性能方面远不如热轧卷和冷轧卷，但由于冷硬带钢的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧带钢，在成本、能源消耗等方面又优于冷轧带钢，所以在一定范围内冷硬产品也有着广泛的应用。随着市场竞争的加剧，冷轧产品用户对于降低成本的意愿越来越强，冷硬带钢的用途拓宽是整个冷轧行业的一大发展趋势。
目前，市场上的制管用钢带原料基本采用热轧、冷轧的碳素钢或合金钢，它们都存在着一定的缺点。热轧带钢成本低，但由于氧化铁皮等的存在导致产品表面质量较差，同时产品厚度受到极大限制，无法生产一些厚度较薄的制管用钢；冷轧带钢表面质量优于热轧带钢，但经过酸洗、冷轧、退火等工序，产品成本大幅增加，用户利润空间大幅缩减。冷硬带钢由于机械加工性能较差，尤其是延伸率太低，加工弯折过程中极易出现开裂问题，所以基本没有相应的制管用冷硬产品，传统的冷硬带钢生产工艺和产品越来越满足不了多样化的用户需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷硬制管用钢的生产方法，通过设计化学成分和炼钢、热轧、冷轧生产工艺，提高传统冷硬带钢的机械加工性能，使设计的冷硬产品也可以直接满足一些用户的成型使用需求，从而解决现有冷硬带钢无法直接用于钢管制造的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冷硬制管用钢的生产方法，包括以下步骤：
1)钢水在经脱硫、转炉冶炼和精炼后经连铸产出连铸板坯，由于钢水C含量处于包晶区，所以连铸板坯应做好裂纹检查；
2)板坯在加热炉加热至1180℃～1230℃后进行热轧，在炉时间140min～220min，热轧为“1+5+7”三段式轧制工艺，其中粗轧R1为1道次轧制，粗轧R2为5道次可逆轧制，精轧为7机架连轧，精轧终轧温度为850℃～890℃；精轧后带钢厚度为2.0mm～4.0mm，层流冷却采用前段冷却模式，卷取温度为620℃～660℃，卷取后热轧卷自然冷却；
3)热轧卷冷却后经酸洗、切边、冷轧，冷轧采用5机架六辊连轧机组，冷轧压下率为30％～45％，卷取得到厚度为1.2mm～2.5mm的冷硬成品钢卷。
具体的，所述步骤1)中钢水成分的重量百分比为：C：0.08％～0.14％，Si：≤0.030％，Mn：0.30％～0.40％，P：≤0.040％，S：≤0.030％，Als：0.015％～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述的冷硬制管用钢的化学成分设定在上述范围内，理由如下：
碳：C在钢材中以间隙原子和渗碳体的形态存在，在钢中具有较强的强化作用，需要在材料中保留一定量的C来提高强度，同时C含量提高降低了材料的Ar3相变转变温度，使热轧不容易在二相区轧制产生混晶组织。客户对于冷轧成品有相应的强度要求，因此，本发明的C含量范围设定为0.08％～0.14％；
硅：Si能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，但Si高容易产生氧化铁皮，影响带钢表面，同时Si量增加会降低钢的焊接性能。本发明设定Si含量为≤0.030％；
锰：Mn和C一样是强化元素，添加适当的Mn有利于钢强度的提高，同时Mn可以和S结合生成MnS，减少表面热脆，避免表面质量问题，但加入过多会提高材料的变形抗力，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。本发明设定Mn含量为0.30％～0.40％；
磷：在一般情况下，P在钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。本发明设定P含量为≤0.040％；
硫：S在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹，S对焊接性能也不利。本发明技术方案设定S≤0.030％；
铝：Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，Al的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本发明的Als含量范围设定为0.015％～0.060％。
1、板坯加热温度的设定
板坯加热要保证加热的均匀性，一般在碳素钢控制轧制时，板坯加热温度为1200℃～1300℃，提高加热温度可以获得足够塑性减轻轧机负荷，保证生产稳定性，但加热温度过高也会造成氧化烧损严重，氧化铁皮去除不良等问题。由于本发明为冷硬产品不经过退火处理，所以板坯加热过程中不需要AlN完全固溶到奥氏体中。根据发明所处加热炉能力，综合考虑，本发明设定的板坯加热温度为1180℃～1230℃，在炉时间为140min～220min。
2、热轧精轧终轧温度的设定
热轧精轧出口温度太低会造成提前进入两相区轧制导致混晶现象，所以终轧温度要高于Ar3相变点，才不会形成热变形织构，经研究本发明钢种的最高静态相变点温度在852℃左右，动态温度下降10℃～15℃。综合考虑，本发明精轧终轧温度设定为850℃～890℃。
3、热轧卷取温度的设定
在不需要考虑板形控制难度的情况下，精轧后层流冷却采用前段冷却可以细化晶粒，提高强度，同时减少高温段空冷时间，减少氧化铁皮的产生厚度。同时，热轧卷取温度不能太高，太高会产生氧化铁皮，对热轧基板的表面质量产生影响。综合考虑，本发明层流冷却采用前段冷却，卷取温度为620℃～660℃。
4、冷轧压下率的设定
本发明采用5机架六辊冷连轧机进行冷轧生产，冷硬卷不同于一般冷轧产品，它不经过后续的退火工序而直接使用，所以不能使用较高的压下率。为了保证冷硬卷较大地保留热轧基料的优良性能，尤其是在冷轧后仍保留较大的延伸率，避免晶粒过分变形，利于直接成型加工使用，综合考虑，本发明设定冷轧的压下率为30％～45％。
本发明得到的冷硬制管用钢的显微组织为铁素体+珠光体，未经退火处理，抗拉强度为550MPa～650MPa，纵向延伸率为5％以上。
本发明具有以下有益效果：
1、通过优化成分设计和生产工艺，提高了冷硬带钢的机械加工性能，使冷硬带钢可以直接作为圆形、方形钢管制造等一些成型工艺较复杂的原料，拓宽了冷硬带钢的用途。
2、冷硬带钢不经过退火处理直接使用，从而节省了退火处理费用，替代传统的部分冷轧带钢用途，降低了用户成本，增加了冷硬带钢的附加值。
3、冷硬带钢表面质量优于热轧带钢，同时硬度远高于热轧和冷轧带钢，对应制造的钢管产品表面硬度更高，耐磨性更好，在一定范围内优化了最终用户产品的性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中冷硬制管用钢的200倍下的横向金相组织照片；
图2为本发明实施例2中冷硬制管用钢的200倍下的横向金相组织照片。
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
通过KR脱硫、转炉熔炼和RH精炼后得到符合要求化学成分的一炉钢水，其具体成分见表1。钢水经连铸产出板坯，板坯厚度为230mm，宽度为1250mm，长度为8500mm～12000mm。
上述连铸板坯检查无裂纹后，送至热轧加热炉进行装炉加热，加热温度1220℃，在炉时间210min，板坯出炉通过粗轧双机架R1+R2轧机和精轧七机架连轧机组进行轧制，精轧终轧温度为870℃，层流冷却采用前段冷却，最后以640℃进入卷取机，产出厚度为3.5mm热轧卷。
上述热轧卷冷却后，重新开卷经过酸洗、切边后，在五机架六辊冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为37.1％，经过冷轧后卷取得到厚度2.2mm，宽度1200mm的成品冷硬卷。
利用上述方法得到的冷硬制管用钢，横向金相组织照片如图1所示，带钢的显微组织为铁素体+珠光体，抗拉强度为580MPa～620MPa，纵向断后延伸率A50为7.2％～10.0％。
实施例2
通过KR脱硫、转炉熔炼和RH精炼后得到符合要求化学成分的一炉钢水，其具体成分见表1。钢水经连铸产出板坯，板坯厚度为230mm，宽度为1500mm，长度为8500mm～12000mm。
上述连铸板坯检查无裂纹后，送至热轧加热炉进行装炉加热，加热1210℃，在炉时间190min，板坯出炉通过粗轧双机架R1+R2轧机和精轧七机架连轧机组进行轧制，精轧终轧温度为860℃，层流冷却采用前段冷却，最后以650℃进入卷取机，产出厚度为4.0mm热轧卷。
上述热轧卷冷却后，重新开卷经过酸洗、切边后，在五机架六辊冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为37.5％，经过冷轧后卷取得到厚度2.5mm，宽度1450mm的成品冷硬卷。
利用上述方法得到的冷硬制管用钢，横向金相组织照片如图2所示，带钢的显微组织为铁素体+珠光体，抗拉强度为610MPa～645MPa，纵向断后延伸率A50为5.4％～7.9％。
实施例3
通过KR脱硫、转炉熔炼和RH精炼后得到符合要求化学成分的一炉钢水，其具体成分见表1。钢水经连铸产出板坯，板坯厚度为225mm，宽度为1400mm，长度为8500mm～12000mm。
上述连铸板坯检查无裂纹后，送至热轧加热炉进行装炉加热，加热温度180℃，在炉时间220min，板坯出炉通过粗轧双机架R1+R2轧机和精轧七机架连轧机组进行轧制，精轧终轧温度为890℃，层流冷却采用前段冷却，最后以620℃进入卷取机，产出厚度为3.0mm热轧卷。
上述热轧卷冷却后，重新开卷经过酸洗、切边后，在五机架六辊冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为40.5％，经过冷轧后卷取得到厚度1.8mm，宽度1350mm的成品冷硬卷。
利用上述方法得到的冷硬制管用钢，横向金相组织照片如图1所示，带钢的显微组织为铁素体+珠光体，抗拉强度为550MPa～587MPa，纵向断后延伸率A50为6.8％～8.5％。
实施例4
通过KR脱硫、转炉熔炼和RH精炼后得到符合要求化学成分的一炉钢水，其具体成分见表1。钢水经连铸产出板坯，板坯厚度为220mm，宽度为1300mm，长度为8500mm～12000mm。
上述连铸板坯检查无裂纹后，送至热轧加热炉进行装炉加热，加热温度1230℃，在炉时间140min，板坯出炉通过粗轧双机架R1+R2轧机和精轧七机架连轧机组进行轧制，精轧终轧温度为850℃，层流冷却采用前段冷却，最后以660℃进入卷取机，产出厚度为2.0mm热轧卷。
上述热轧卷冷却后，重新开卷经过酸洗、切边后，在五机架六辊冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为45.0％，经过冷轧后卷取得到厚度1.2mm，宽度1250mm的成品冷硬卷。
利用上述方法得到的冷硬制管用钢，横向金相组织照片如图1所示，带钢的显微组织为铁素体+珠光体，抗拉强度为590MPa～631MPa，纵向断后延伸率A50为7.1％～8.9％。
表1实施例1-4中钢水主要化学成分表
元素/％ C Si Mn P S Als
本发明 0.08～0.14 ≤0.030 0.30～0.40 ≤0.040 ≤0.030 0.015～0.060
实施例1 0.10 0.010 0.36 0.015 0.010 0.026
实施例2 0.12 0.008 0.34 0.022 0.008 0.037
实施例3 0.08 0.030 0.30 0.040 0.020 0.060
实施例4 0.14 0.020 0.40 0.030 0.030 0.015

Claims (2)

1.一种冷硬制管用钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)钢水在经脱硫、转炉冶炼和精炼后经连铸产出连铸板坯，由于钢水C含量处于包晶区，所以连铸板坯应做好裂纹检查；
2)板坯在加热炉加热至1180℃～1230℃后进行热轧，在炉时间140min～220min，热轧为“1+5+7”三段式轧制工艺，其中粗轧R1为1道次轧制，粗轧R2为5道次可逆轧制，精轧为7机架连轧，精轧终轧温度为850℃～890℃；精轧后带钢厚度为2.0mm～4.0mm，层流冷却采用前段冷却模式，卷取温度为620℃～660℃，卷取后热轧卷自然冷却；
3)热轧卷冷却后经酸洗、切边、冷轧，冷轧采用5机架六辊连轧机组，冷轧压下率为30％～45％，卷取得到厚度为1.2mm～2.5mm的冷硬成品钢卷。
2.如权利要求1所述的冷硬制管用钢的生产方法，其特征在于，所述步骤1)中钢水成分的重量百分比为：C：0.08％～0.14％，Si：≤0.030％，Mn：0.30％～0.40％，P：≤0.040％，S：≤0.030％，Als：0.015％～0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
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