CN110665964B - 一种薄规格x70管线钢带轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄规格X70管线钢带轧制方法，属于热连轧钢板及钢带轧制技术领域。包括如下步骤：a、制作钢坯；b、加热钢坯，将钢坯送至再加热工序均匀受热；c、除磷处理，采用高压水对钢坯除磷处理；d、粗轧，通过粗轧机将钢坯轧制成钢带；e、精轧；f、层流冷却制得钢带，采用水冷对钢带进行冷却，层流冷却上、下集管开水比例为70％、100％，并开启侧喷水或侧气喷，吹扫钢板表面积水，且层流冷却水温控制在29±1℃范围内。本方法通过优化层流冷却工艺以改善钢带浪形，解决了现有薄规格X70管线钢由于冷却过程中钢带的传热效率高，钢带边部和中部的温降差更大，导致钢带内部残余应力差异更大，不利于保持良好的板形。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄规格X70管线钢带轧制方法，属于热连轧钢板及钢带轧制技术领域。
背景技术
X70及以上级别管线钢一般采用针状铁素体组织类型，控轧控冷工艺采用低温卷取路线，层流冷却水量大、冷速快、卷取温度低，再加上薄规格钢板传热效率高，极易产生浪形，严重影响制管成型及焊接。随着冷却的进行，沿宽度方向，钢带温度分布不均匀，其中钢带中部是一维传热，钢带边部是二维传热，且冷却过程中冷却水不断的在钢带表面由中部向边部流动，造成钢带边部温降大于钢带中部。这种钢带温度的非均匀分布会从两个方面造成钢带残余应力不均。一是热应力不均匀，根据热胀冷缩的原理，刚开始冷却的时候，钢板边部温度低中部温度高，边部收缩，边部残余应力为拉应力，中部残余应力为压应力；冷却结束后，钢板边部和中部均逐渐降温，钢板中部初始温度高于边部，导致钢板中部收缩程度反而大于边部，即边部延长导致边浪，此时边部残余应力为压应力，中部残余应力为压应力。二是相变应力不均匀，在层冷过程中，钢带边部温降比较大，先发生相变，而中部温降小，后发生相变，且钢带边部针状铁素体转变量大于中部。而由于奥氏体(γ-Fe)原子致密度大于铁素体(α-Fe)，因此发生奥氏体→针状铁素体相变时，体积会增加，这就导致了X70钢带边部体积大于中部，即钢带边部膨胀程度大于中部，从而形成边浪缺陷。
同时，X70采用针状铁素体组织路线，控轧控冷工艺采用“低温轧制+大压下量+低温卷取”工艺，轧制温度低，轧制压下量大，层流冷却速率高，卷取温度低，这些因素均会造成钢带产生强烈的塑形变形，造成残余应力，特别是薄规格X70，由于冷却过程中钢板的传热效率高，钢板边部和中部的温降差更大，导致钢板内部残余应力差异更大，不利于保持良好的板形。
本国专利，公布号为CN 103920719 B公开了一种热轧板形的凸度控制方法，实现了对热轧钢带凸度的实时动态控制。本国专利，公布号为CN 103341503 B公开了一种自适应凸度变化热轧板形控制模型，实现了宽窄厚薄规格混合轧制的情况下，钢带平直度和目标凸度的稳定控制。本国专利，公布号为CN 102909223 B公开了一种边部板形的控制方法，通过实测并反馈边部板形值，从而实时调节工作辊窜辊以解决钢带边部的碎边浪问题。本国专利，公布号为CN 104511483 B公开了一种热轧钢带板形补偿轧制方法，根据热轧钢带产品的板形情况，即双边浪或中浪及其大小，进行补偿轧制以改善热轧钢带的浪形缺陷。但是，上述专利均通过优化轧制工艺以改善浪形，未见通过优化层流冷却工艺以改善浪形的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有钢带的传热效率高，钢带边部和中部的温降差更大，导致钢带内部残余应力差异更大，不利于保持良好的板形。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种薄规格X70管线钢轧制方法，包括如下步骤：
a、制作钢坯，采用连铸机制作钢坯，并控制钢坯原料尺寸、形状；
b、加热钢坯，将钢坯送至再加热工序均匀受热，并控制再加热工序升温速率；
c、除磷处理，采用高压水对钢坯除磷处理；
d、粗轧，通过粗轧机将钢坯轧制成钢带；
e、精轧；
f、层流冷却制得钢带，采用水冷对钢带进行冷却，层流冷却上、下集管开水比例为70％、100％，并开启侧喷水或侧气喷，吹扫钢板表面积水，且层流冷却水温控制在29±1℃范围内。
其中，上述方法中步骤a中的钢坯采用同断面钢液混浇，同时采用结晶器液面波动自动控制系统将钢坯原料液面波动控制在±3mm以内。
进一步，上述方法中通过传动辊之间横向滚动的对中辊推动，控制钢坯内外弧对中，投用5±1mm动态轻压下，控制二冷段均匀冷却，且钢坯拉速稳定在0.9～1.2m/min。
其中，上述方法中步骤b中的钢坯升温速率≤10℃/min，再加热时间控制在180～400min。
其中，上述方法中步骤c中采用奇道次除磷水制度对钢坯高压除磷。
其中，上述方法中步骤d中采用5道次轧机将钢坯轧制成钢带，且各道次轧制力差值不超过10MN，使得轧制变形量控制在20～30％。
其中，上述方法中步骤e中精轧出口处钢带的端部微翘。
其中，上述方法中步骤e中精轧后的钢带的凸度、楔形均≤60μm。
其中，上述方法中步骤f中层流冷却后的侧导板采用正压力模式，压力范围控制在60±5KN。
本发明的有益效果是：
1、控制手段全面，可实现热轧带钢生产的全流程进行控制；
1、操作控制简单，是在现有装备、现有控制系统条件下进行的优化；
2、将层流冷却考虑进板形的控制，而现有技术基本只考虑了轧制变形过程；
3、本方法具有可推广性，可推广到其他热轧带钢、热轧中厚板的板形控制。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本发明的一种薄规格X70管线钢轧制方法，包括如下步骤：
a、制作钢坯，采用连铸机制作钢坯，并控制钢坯原料尺寸、形状；
b、加热钢坯，将钢坯送至再加热工序均匀受热，并控制再加热工序升温速率；
c、除磷处理，采用高压水对钢坯除磷处理；
d、粗轧，通过粗轧机将钢坯轧制成钢带；
e、精轧；
f、层流冷却制得钢带，采用水冷对钢带进行冷却，层流冷却上、下集管开水比例为70％、100％，并开启侧喷水或侧气喷，吹扫钢板表面积水，且层流冷却水温控制在29±1℃范围内。本领域技术人员能够理解的是，在X70热轧管线钢的生产中，为解决层流冷却后可能出现的双边浪、中浪等板形缺陷，本方法对热轧带钢生产全流程工艺进行了优化，严格控制钢坯的尺寸、形状，对钢坯进行均匀再加热，稳定粗轧轧机系统，提供板形良好的中间坯，再通过精轧辊缝、窜辊、凸度及楔形等自动控制，再经过层流冷却，对层冷水温、开水比例、侧喷模式，及侧导板压力等进行控制，从而改善层冷后X70热轧带钢的板形。对于薄规格X70管线钢，层流冷却的均匀稳定控制极为重要。首先，如果层冷水温偏高，可能会导致冷却速率不足，从而形成先共析铁素体和珠光体组织，而无法获得正常的针状铁素体组织，如果层冷水温偏低，则可能会进一步加剧钢板边部和中部的温度差，导致浪形缺陷，因此本方法优选将层流冷却水温限定在29±1℃范围内。其次，层流冷却上、下集管开水比例偏高或偏低时，会引起上、下表面冷却效率不同，导致C翘或龟背等板形问题，因此将上、下集管开水比例限定为70％、100％。再次，钢板表面积水严重时会导致钢板上表面收缩，形成C翘缺陷，在钢板中部兜水，这些积水无法流走会降低层流冷却效率，可能会引起成品钢中的铁素体组织粗大，影响成品性能。
优选的，上述方法中步骤a中的钢坯采用同断面钢液混浇，同时采用结晶器液面波动自动控制系统将钢坯原料液面波动控制在±3mm以内。本领域技术人员能够理解的是，本方法采用同断面钢液混浇，可大大减少楔形钢坯，从而保证钢坯形状。
优选的，上述方法中通过传动辊之间横向滚动的对中辊推动，控制钢坯内外弧对中，投用5±1mm动态轻压下，控制二冷段均匀冷却，且钢坯拉速稳定在0.9～1.2m/min。本领域技术人员能够理解的是，钢坯原料的生产过程中，铸机状态及流道质量对钢坯的尺寸、形状影响很大。上述冶炼工艺优化手段有利于稳定钢坯质量，避免钢坯鼓度、楔形等缺陷产生。
优选的，上述方法中步骤b中的钢坯升温速率≤10℃/min，再加热时间控制在180～400min。本领域技术人员能够理解的是，再加热工序的主要目的在于使钢坯均匀受热，使合金元素充分固熔，缓慢的升温速率有利于提高钢坯表面和心部的温度均匀性，升温速率过高易导致钢坯受热不均，心部温度偏低，从而影响轧制过程中的板形控制，因此本方法优选将再加热升温速率限定在≤10℃/min的范围内。且再加热时间偏低也可能导致钢坯心部温度偏低，偏高则可能导致晶粒粗大，影响成品钢的性能，因此本方法优选将再加热时间限定在180～400min的范围内。
优选的，上述方法中步骤c中采用奇道次除磷水制度对钢坯高压除磷。本领域技术人员能够理解的是，本方法采用奇道次除磷水制度，以免中间坯头尾翘曲，引起中间坯冷却不均匀。
优选的，上述方法中步骤d中采用5道次轧机将钢坯轧制成钢带，且各道次轧制力差值不超过10MN，使得轧制变形量控制在20～30％。本领域技术人员能够理解的是，本方法优化粗轧液压系统压力，调节粗轧机辊缝及立辊对中，稳定轧制力。进一步优选粗轧的技术参数，也即是采用5道次轧机将钢坯轧制成钢带，且各道次轧制力差值不超过10MN，使得轧制变形量控制在20～30％。且上述1MN＝106N，来控制钢坯粗轧板形，钢坯粗轧工艺控制要点在于为后续精轧提供板形良好的的中间坯，调节粗轧立辊对中有利于避免镰刀弯，优化液压系统、调节粗轧辊缝、稳定轧制力、稳定轧制负荷分配，否则易造成轧机两侧弹跳不同，引起轧机操作侧或传动侧边浪。
优选的，上述方法中步骤e中精轧出口处钢带的端部微翘。本领域技术人员能够理解的是，本方法只是优选精轧出口处钢带的端部微翘。来实现控制精轧出口钢板头部微翘，便于钢板在辊道上传输，否则，钢板扣头易钻入侧导板引起钢卷卷形不合甚至导致废钢。
优选的，上述方法中步骤e中精轧后的钢带的凸度、楔形均≤60μm。本领域技术人员能够理解的是，钢坯精轧工艺控制要点在于对钢板板形进行精调，首先，粗轧后的中间坯头尾存在不规则的舌头及鱼尾形状，且该位置的厚度、宽度控制较差，必须切除以避免其对后续钢板精轧板形控制的影响；其次，生产过程会造成轧辊、支撑辊的磨损，磨损到一定程度会造成轧辊间隙超标，引起轧制工况的不稳定，从而引起轧机两侧弹跳不同和辊缝不同导致浪形，因此，必须通过优化辊缝、弯辊及窜辊自动控制来改善钢的板形；再次，凸度、楔形等参数的控制对钢板的板形控制极其重要，凸度、楔形过高极易引起钢板板形异常，故本方法优选凸度、楔形等要求控制在≤60μm的范围内。
优选的，上述方法中步骤f中层流冷却后的侧导板采用正压力模式，压力范围控制在60±5KN。本领域技术人员能够理解的是，本方法优选侧导板采用正压力模式，是为了控制冷却后的钢板在卷取工序前对中，从而控制钢的板形和卷形。进一步优选压力范围控制在60±5KN，且上述1KN等于1000N。
实施例1
8.8mm厚的X70管线钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精、连铸得到钢坯，连铸结晶器投用液面自动控制，投用5mm轻压下，二冷水采用均匀弱冷模式，钢坯拉速稳定在1.0～1.1m/min。钢坯再加热升温速率为6～8℃/min，再加热时间241min。调节粗轧机辊缝及立辊对中，优化粗轧液压系统压力，稳定粗轧轧制负荷，采用5道次轧制，各道次压下率为22％，25％，26％，27％，31％，各道次轧制负荷为27.3MN、26.2MN、30.3MN、26.7MN、34.1MN(注：1MN＝106N)，投用奇数道次除磷水，将230mm的钢坯轧至50mm。再经过飞剪切除头尾定尺不合的位置，精轧为7机架热连轧，各道次压下率为33％，30％，24％，21％，16％，13％，10％，凸度、楔形控制在38～58μm，通过控制弯辊及窜辊来避免带钢跑偏或产生浪形。层流冷却水温为29.8℃，上、下集管开水比例70％、100％，开启侧喷水及气喷吹扫表面积水，卷取前侧导板采用61KN的正压力，防止带钢跑偏。
实施例1获得的成品X70钢板形平直，未见浪形。
对比例1
8.0mm厚的X70管线钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精、连铸得到钢坯，连铸结晶器投用液面自动控制，投用5mm轻压下，二冷水采用均匀弱冷模式，钢坯拉速稳定在1.0～1.1m/min。钢坯再加热升温速率为6～8℃/min，再加热时间241min。调节粗轧机辊缝及立辊对中，优化粗轧液压系统压力，稳定粗轧轧制负荷，采用5道次轧制，各道次压下率为22％，25％，27％，26％，31％，各道次轧制负荷为27.0MN、26.4MN、30.5MN、26.1MN、33.8MN(注：1MN＝106N)，投用奇数道次除磷水，将230mm的钢坯轧至50mm。再经过飞剪切除头尾定尺不合的位置，精轧为7机架热连轧，各道次压下率为33％，29％，23％，22％，16％，13％，10％，凸度、楔形控制在48～108μm，投用弯辊及窜辊自动控制。层流冷却水温为23.1℃，上、下集管开水比例70％、100％，开启侧喷水及气喷吹扫表面积水。
对比例1获得的成品X70钢板形不良，出现浪形。对比例1中X70钢出现浪形的原因为，精轧凸度、楔形较大，导致带钢宽度方向边部和中部残余应力分布不均，轧后板形状况不良，再加上层冷水温较低，增加了带钢边部和中部的温降差，导致层冷后板形进一步恶化，形成边浪。因对比例1和实施例1最终制得的钢带厚度同一数量级，采用同一工艺制得，故可作为对比。
实施例2
11.1mm厚的X70管线钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精、连铸得到钢坯，连铸结晶器投用液面自动控制，投用4mm轻压下，二冷水采用均匀弱冷模式，钢坯拉速为1.0m/min。钢坯再加热升温速率为5～6℃/min，再加热时间317min。调节粗轧机辊缝及立辊对中，优化粗轧液压系统压力，稳定粗轧轧制负荷，采用5道次轧制，各道次压下率为21％，22％，25％，28％，28％，各道次轧制负荷为26.3MN、27.0MN、29.8MN、27.2MN、30.7MN(注：1MN＝106N)，投用奇数道次除磷水，将230mm的钢坯轧至56mm。再经过飞剪切除头尾定尺不合的位置，精轧为7机架热连轧，各道次压下率为31％，28％，22％，21％，16％，13％，10％，凸度、楔形控制在44～56μm，通过控制弯辊及窜辊来避免带钢跑偏或产生浪形。层流冷却水温为28.1℃，上、下集管开水比例70％、100％，开启侧喷水及气喷吹扫表面积水，卷取前侧导板采用58KN的正压力，防止带钢跑偏。
实施例2获得的成品X70钢板形平直，未见浪形。
对比例2
12.7mm厚的X70管线钢，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、RH真空精、连铸得到钢坯，连铸结晶器投用液面自动控制，未投用动态轻压下，二冷水采用均匀弱冷模式，钢坯拉速为0.65～1.1m/min。钢坯再加热升温速率为6～7℃/min，再加热时间223min。调节粗轧机辊缝及立辊对中，优化粗轧液压系统压力，稳定粗轧轧制负荷，采用5道次轧制，各道次压下率为21％，22％，24％，29％，27％，各道次轧制负荷为25.9MN、26.1MN、29.1MN、29.3MN、30.4MN(注：1MN＝106N)，投用奇数道次除磷水，将230mm的钢坯轧至56mm。再经过飞剪切除头尾定尺不合的位置，精轧为7机架热连轧，各道次压下率为31％，27％，23％，18％，14％，11％，7％，凸度、楔形控制在27～107μm，投用弯辊及窜辊自动控制。层流冷却水温为29℃，上、下集管开水比例100％、100％，侧喷水及气喷能力不足，未完全吹扫表面积水。
对比例2获得的成品X70钢板形不良，出现浪形。对比例2中X70钢出现浪形的原因为，连铸未投用动态轻压下，钢坯拉速波动大，造成铸坯楔形较大，同时精轧工序凸度、楔形控制不良，导致带钢宽度方向残余应力分布不均，再加上层冷上集管开水比例较大，导致带钢冷却过程中上表面大量积水，侧喷水也未能完全吹扫表面积水，增加了带钢边部和中部的温降差，导致层冷后出现边浪缺陷。因对比例2和实施例2最终制得的钢带厚度处于同一数量级，采用同一工艺制得，故可作为对比。
Claims (5)
1.一种薄规格X70管线钢带轧制方法，其特征在于包括如下步骤：
a、制作钢坯，采用连铸机制作钢坯，并控制钢坯原料尺寸、形状；
b、加热钢坯，将钢坯送至再加热工序均匀受热，钢坯升温速率为5～8℃/min，再加热时间为241～317min；
c、除磷处理，采用高压水对钢坯除磷处理；
d、粗轧，通过粗轧机将钢坯轧制成钢带，采用5道次轧机将钢坯轧制成钢带，且各道次轧制力差值不超过10MN，使得轧制变形量控制在20～30％；
e、精轧，精轧后的钢带的凸度、楔形均≤60μm；
f、层流冷却制得钢带，采用水冷对钢带进行冷却，层流冷却上、下集管开水比例为70％、100％，并开启侧喷水或侧气喷，吹扫钢带表面积水，且层流冷却水温控制在29±1℃范围内，层流冷却后的侧导板采用正压力模式，压力范围控制在60±5KN。
2.根据权利要求1所述的一种薄规格X70管线钢带轧制方法，其特征在于：步骤a中的钢坯采用同断面钢液混浇，同时采用结晶器液面波动自动控制系统将钢坯原料液面波动控制在±3mm以内。
3.根据权利要求2所述的一种薄规格X70管线钢带轧制方法，其特征在于：通过传动辊之间横向滚动的对中辊推动，控制钢坯内外弧对中，投用5±1mm动态轻压下，控制二冷段均匀冷却，且钢坯拉速稳定在0.9～1.2m/min。
4.根据权利要求1所述的一种薄规格X70管线钢带轧制方法，其特征在于：步骤c中采用奇道次除磷水制度对钢坯高压除磷。
5.根据权利要求1所述的一种薄规格X70管线钢带轧制方法，其特征在于：步骤e中精轧出口处钢带的端部微翘。
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