CN110616301A - 在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法 - Google Patents

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Abstract

在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其包括：将添加微合金元素Ti的钢水通过铸造得到铸坯或铸锭，加热后经粗轧、精轧、层流冷却和卷取得到热轧卷，卸卷后在线盖上保温罩并随运输链移动进入钢卷库，达到在线保温时间后移出保温罩，空冷至室温；其中，所述微合金元素Ti的含量≥0.03wt％；所述卷取温度为500‑700℃，所述在线盖上保温罩是指每个热轧卷卸卷后60分钟内单独盖上独立的、密闭的保温罩装置，所述在线保温时间≥60分钟。本发明方法低成本、高效率、并且不受周围环境影响。

Description

在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法
技术领域
本发明属于高强钢生产技术领域，具体涉及一种在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法。
背景技术
近年来，在普通C-Mn钢或低合金钢基体化学成分中添加微量Ti元素(0.01-0.20％)的微合金化热轧高强钢在汽车、工程机械、集装箱、桥梁、建筑、铁道车辆等领域得到了广泛应用，成为相关行业实现轻量化设计和制造的重要原料。Ti在钢中作为微合金添加元素，主要以TiC或Ti(C,N)的形式沉淀析出，可以提高钢的强度，改善钢的冷成形性能和焊接性能。
中国专利公告号CN102703812B公开了“钛微合金化500MPa级高强度钢筋及其生产方法”，突出强调了利用钛在钢中起析出强化的原理，提高钢的屈服强度和抗拉强度等机械性能，但未对如何提高析出强化效果进行研究和阐述。
中国专利公告号CN102965574B公开了“一种钛微合金化低屈强比高强度热轧厚钢板及其生产工艺”，将铸坯加热至1220-1270℃，通过奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段轧制成钢板，冷却至返红温度进行热矫直，钢板矫直后堆垛缓冷以促进析出强化作用。文献“2050精整高强钢缓冷工艺浅析”介绍了一种采用缓冷墙对BS600MC、BS700MC等高强钢钢卷在库的冷却过程进行控制来达到改善析出强化效果、内应力分布和提高板形质量的目的。文献“620mm带钢缓冷坑建造方案的研究与实施”提出利用缓冷坑对品种钢钢卷进行48小时缓冷周期的控温冷却，使钢卷整体温度均匀。然而，在实际生产中发现，上述缓冷工艺均不能对钢卷进行及时保温，同时保温效果受缓冷区环境影响较大，特别是对Ti微合金化热轧高强钢钢卷难以达到有效保温从而改善析出强化的效果。
中国专利公告号CN102534141A公开了“析出强化高强钢在线感应热处理工艺”，通过对开卷后的钢板进行感应热处理使析出强化相充分析出，并呈弥散分布状态，达到改善钢板性能均匀性的作用。但此工艺需先对钢卷进行开平，再采用感应加热技术重新升温和保温，步骤较多，并且需要增加感应加热设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高效率、并且不受周围环境影响的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
本发明通过对Ti微合金化热轧高强钢经过控轧控冷、卷取后，在线快速地盖上独立的、密闭的保温罩装置，从而对钢卷进行保温缓冷，利用卷取余热使整个钢卷的温度趋于均匀化，促进TiC均匀地、充分地析出，并且尺寸保持在纳米级别，达到提高析出强化效果的目的。
具体的，本发明的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其包括：将添加微合金元素Ti的钢水通过铸造得到铸坯或铸锭，加热后经粗轧、精轧、层流冷却和卷取得到热轧卷，卸卷后在线盖上保温罩并随运输链移动进入钢卷库，达到在线保温时间后移出保温罩，空冷至室温；其中，所述微合金元素Ti的含量≥0.03wt％；所述卷取温度为500-700℃，所述在线盖上保温罩是指每个热轧卷卸卷后60分钟内单独盖上独立的、密闭的保温罩装置，所述在线保温时间≥60分钟。
优选的，所述微合金元素Ti的含量为0.03-0.10％；
进一步的，所述铸坯或铸锭加热温度≥1200℃，均热时间≥60分钟；
优选的，铸坯或铸锭加热温度为1200-1350℃，均热时间为1-2小时；
进一步的，所述粗轧温度为1000-1200℃，进行3-8道次往复式轧制且累积变形量≥50％；
进一步的，所述精轧进行6-7道次连续式轧制且累积变形量≥80％，终轧温度为800-900℃。
优选的，每个热轧卷卸卷后20分钟内单独盖上保温罩；
进一步的，所述钢卷在保温罩内的冷却速度≤15℃/小时；
优选的，所述钢卷在线保温时间为1-5小时。
本发明的制造工艺设计的理由如下：
Ti与钢中的C、N原子有很强的结合力，Ti的添加量适宜时才能同时满足各方面的要求。当Ti的含量＜0.03％时，主要形成TiN阻止奥氏体晶粒粗化；当Ti的含量≥0.03％时，超出ω(Ti)/ω(N)理想化学配比的Ti将以固溶形式或以细小TiC质点形式显著阻止再结晶，起到析出强化作用；但当Ti的添加量过高时，由于在晶界上形成氮化物和硫化物，引起钢的脆化。因此，本发明Ti的含量≥0.03％，优选0.03-0.10％。
在轧制工艺设计上，铸坯或铸锭的加热温度必须足够高(如≥1200℃)，以保证尽可能多的Ti原子固溶在奥氏体中。加热温度的上限根据加热炉实际可达到的或可承受的温度为限，原则上不设定上限要求；但为了节能降耗，通常将实际的最高加热温度控制在≤1350℃。
在粗轧和精轧阶段，分别进行奥氏体再结晶轧制和奥氏体非再结晶轧制。再结晶区在高温阶段(如粗轧温度1000-1200℃)，轧制抗力较小，应采用大变形量使奥氏体晶粒充分细化；未再结晶区(如终轧温度800-900℃)的轧制目的是使晶粒产生拉长变形，增加位错和变形带从而增加新相形核的核心。粗轧和精轧过程的节奏应尽量快速完成，避免过多Ti的碳氮化物在轧制阶段析出，尽可能多地保留Ti原子而使其在轧制之后析出。
在终轧结束后，根据相变组织结构的要求选择一段式前冷、两段式冷却、或U型冷却等控制策略，但加速冷却抑制了纳米尺寸的TiC析出。此外，在实际生产中发现，由于带钢在加速冷却过程中和卷取之后均存在冷却不均匀的现象，而析出强化相对温度的变化又比较敏感，使得钢卷各部位析出相的数量和大小不一致，局部区域析出不充分，影响力学性能的均匀性。
为了进一步提高析出强化效果，设计卷取温度为500-700℃，该范围是TiC能够充分析出的温度区间；并在每个热轧卷卸卷后，在线(优选20分钟内)快速地盖上独立的、密闭的保温罩装置，保温时间为1-5小时，钢卷在保温罩内的冷却速度≤15℃/小时，这样能够充分利用卷取后的余热，使整个钢卷的温度趋于均匀化，并在TiC能够充分析出的温度区间停留适当长的时间，保证TiC均匀地、充分地析出，并且尺寸保持在纳米级别，将析出强化的作用发挥到极致。所谓“在线”，即要求钢卷卸卷后第一时间盖上保温罩，与钢卷入库后再盖上保温罩的“离线”模式相比：①保证钢卷在TiC能够充分析出的温度区间进入保温罩；②“离线”模式下，钢卷在进入保温罩之前的运输过程中，内/外圈和边部的温降显著大于中部，钢卷整体的温度均匀性较差；③“离线”模式下，钢卷相变均匀性较差，局部区域TiC析出不充分，不利于均匀提高析出强化效果。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过合理的轧制工艺设计，同时配合创新性的卷取后“单卷式”保温缓冷工艺，可在线、低成本、高效率地提高Ti微合金化热轧高强钢的析出强化效果，提高强度性能及其均匀性。
(2)采用本发明制造出的Ti微合金化热轧高强钢，与采用钢卷堆垛缓冷的方法相比，其屈服强度提高10～40MPa、抗拉强度提高10-50MPa。
(3)本发明提出的制造工艺，为在保证产品力学性能满足标准和要求的前提下，降低微合金化析出强化型热轧高强钢，特别是Ti微合金化热轧高强钢的合金成本提供了新思路。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例的关键工艺参数，表2为本发明对比例的关键工艺参数，表3为本发明实施例和对比例钢卷的性能。
本发明实施例工艺流程为：Ti添加量≥0.03％的铸坯或铸锭→铸坯(锭)加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→在线盖上保温罩→移出保温罩，其中关键工艺参数见表1。
本发明对比例工艺流程为：Ti添加量≥0.03％的铸坯或铸锭→铸坯(锭)加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→钢卷堆垛缓冷，其中关键工艺参数见表2。
表1
表2
表3
实施例 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
1 792 835 23
2 773 825 22
3 771 813 21
4 636 716 20
对比例 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
1 761 788 20
2 754 811 22
3 743 787 22
4 604 695 21
从表3中实施例和对比例的数据可以看出：采用本发明提出的方法生产Ti微合金化热轧高强钢，与采用钢卷堆垛缓冷的方法相比，其屈服强度提高10～40MPa、抗拉强度提高10-50MPa、断裂延伸率两者相当，说明本发明提出的方法可以有效提高TiC的析出强化效果，并且不恶化材料的塑性指标。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，包括：将添加微合金元素Ti的钢水通过铸造得到铸坯或铸锭，加热后经粗轧、精轧、层流冷却和卷取得到热轧卷，卸卷后在线盖上保温罩并随运输链移动进入钢卷库，达到在线保温时间后移出保温罩，空冷至室温；其中，所述微合金元素Ti的含量≥0.03wt％；所述卷取温度为500-700℃，所述在线盖上保温罩是指每个热轧卷卸卷后60分钟内单独盖上独立的、密闭的保温罩装置，所述在线保温时间≥60分钟。
2.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述微合金元素Ti的添加量为0.03～0.10wt％。
3.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述铸坯或铸锭加热温度≥1200℃，均热时间≥60分钟。
4.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述铸坯或铸锭加热温度为1200～1300℃，均热时间为1～2小时。
5.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述粗轧温度为1000～1200℃，进行3～8道次往复式轧制且累积变形量≥50％。
6.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述精轧进行6～7道次连续式轧制，累积变形量≥80％，终轧温度为800～900℃。
7.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，每个热轧卷卸卷后20分钟内单独盖上保温罩。
8.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述钢卷在保温罩内的冷却速度≤15℃/小时。
9.如权利要求1所述的在线提高Ti微合金化热轧高强钢析出强化效果的生产方法，其特征是，所述钢卷在线保温时间为1～5小时。
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