CN111054763A - 一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法，属于冷成型用热轧结构钢生产技术领域。平整工序中，按照原料卷厚度t分别对开卷张力和卷取张力进行设置：当原料厚度2.5mm≤t＜3.0mm时，开卷张力60~150kN，卷取张力180~320kN；当原料厚度3.0mm≤t＜4.0mm时，开卷张力70~170kN，卷取张力200~320kN；当原料厚度4.0mm≤t＜6.0mm时，开卷张力80~200kN，卷取张力220~320kN。本发明通过对平整过程关键工艺参数的优化设计，实现了不同厚度700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的有效控制。

Description

一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法

技术领域

本发明涉及一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法，属于冷成型用热轧结构钢生产技术领域。

背景技术

热轧结构钢广泛应用于工程机械、汽车制造领域，随着下游产业需求以及环保压力的不断增加，这类产品逐渐主导了国内外工程制造领域的轻量化市场，主要用于机械、车辆承重部件的生产加工。热轧高强结构钢成分体系复杂、生产工艺要求严格，板形控制比较困难，板形问题一直是影响产品质量提升的主要问题。

拱背是高强钢生产中遇到的典型板形缺陷，是由于残余应力在带钢厚度方向上的不均匀分布导致的。生产过程中，在高温变形和快速冷却的共同作用下，带钢沿厚度方向的纵向变形无法同步，这种变形差异在带钢基体中形成一定量的残余内应力，内应力不能通过带钢纵向变形来释放，从而产生拱背缺陷。

为提高成品板形质量，薄规格热轧高强结构钢大多以平整状态交货（备料）。在通过平整来改善带钢板形方面，前期国内技术人员进行了许多有益的研究，可归纳为建立数学模型、选择轧辊辊型、平整机组设计、平整工艺优化几个方面。公开号为CN102626726A的中国专利申请 “热轧高强钢矫直平整工艺”公开了一种兼具矫直、平整功能的机组，通过带钢先矫直后平整的工艺布局来提高机组的板形控制能力；公开号为CN104438355A的中国专利申请 “一种消除带钢浪形缺陷的热轧平整工艺方法”建立了一种热轧平整机延伸率-轧制力计算模型，用于计算不同来料浪形以及不同轧辊使用周期下所需要的平整轧制力；公开号为CN103934281A的中国专利申请 “一种高强钢卷两道次组合平整工艺”公开了一种两道次平整工艺，将平整过程分成两个不同阶段，分别实施不同工艺参数以获得改善板形的效果。

热轧高强钢拱背缺陷诱因复杂，上述涉及平整工序的板形解决方案在措施的可实施性、针对性以及质量提升的经济性方面都有各自的特点和不足；共同的问题是均没有从生产实际出发，充分结合产品设计特点和板形缺陷产生原因进行平整工艺的优化改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法；通过研究分析产品设计特点和缺陷产生原因，对热轧平整关键工艺参数进行优化改进，有效减少拱背缺陷发生比例，提升产品板形质量。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：

一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法，所述平整工序中，按照原料卷厚度t分别对开卷张力和卷取张力进行设置：

当原料厚度2.5mm≤t＜3.0mm时，开卷张力60~150kN，卷取张力180~320kN；当原料厚度3.0mm≤t＜4.0mm时，开卷张力70~170kN，卷取张力200~320kN；当原料厚度4.0mm≤t＜6.0mm时，开卷张力80~200kN，卷取张力220~320kN。

上述的一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法，所述平整工序中，按照原料卷厚度t分别对轧制力和轧制速度进行设置：

当原料厚度2.5mm≤t＜3.0mm时，轧制力3000~6500kN，轧制速度70~260m/min；当原料厚度3.0mm≤t＜4.0mm时，轧制力3200~7500kN，轧制速度60~220m/min；当原料厚度4.0mm≤t＜6.0mm时，，轧制力3400~8500kN，轧制速度50~195m/min。

理论分析：

为了获得良好的力学性能，高强度热轧结构钢设计兼有析出强化、相变强化和细晶强化特点。在成分设计上加入一定量的Nb、Ti、V等微合金元素，微合金元素含量控制在≤0.22%，使基体获得析出强化和细晶强化效果。产品强度要求越高，微合金含量相应增加。轧制工艺采用高温大变形和轧后集中冷却的TMCP工艺，通过快速冷却限制再结晶以及相变后晶粒持续长大，最终获得具有弥散析出相、细小晶粒尺寸以及合理相结构的基体组织。

这类产品合金含量较高、轧后冷却速度快，生产过程中温度的不均匀分布很容易影响带钢中的第二相析出和相变过程，在基体中形成较高水平的残余应力。残余应力无法通过塑性变形完全释放，从而产生拱背、瓢曲等板形缺陷。

平整过程中张力在保证带钢稳定顺行方面发挥着举足轻重的作用，也是调节带钢板形的重要手段。张力对板形的影响主要是通过宽度方向的张力分布对变形区内金属流动作用产生的，随着总张力的增加，带钢轧向变形小的部分所承受的单位张力增加，基体中相应区域的塑性变形量增加，从而使板形缺陷得到改善。

钢卷的打开是在开卷张力作用下实现的，开卷张力越大，带钢的等效应力也就相应越大。增加带钢前后张力都能使带钢厚度方向变形趋于均匀，特别是在同时改变前后张力的情况下更加明显，这对改善应力不均匀分布和复杂浪形是有利的。研究表明，单位后张力从10MPa增加到20MPa，单位前张力从30MPa增加到75MPa时，普碳结构钢08Al带钢的凸度能够降低20μm。

热轧高强钢具有比普碳钢更高的屈服强度，700MPa级别热轧结构钢屈服强度≥600MPa，10~20MPa的单位张力设置无法有效改善高强带钢板形。结合实际生产过程测量了不同开卷张力条件下高强钢拱背高度分布，从测量数据来看，为了确保热轧高强钢平整效果，需要针对不同厚度分别设置带钢张力。厚度t在2.5mm≤t＜3.0mm的热轧高强钢截面积较小，开卷张力在60~150kN可以降低来料拱背高度3~10mm，厚度t在4.0mm≤t＜6.0mm的热轧高强钢截面积较大，为获得合理的单位张力必须根据来料板形把开卷张力相应提高到80~200kN。具体来说，开卷张力小于60kN，带钢对中性能变差，并且对拱背改善作用不明显；张力大于200kN，设备能耗增加，带钢表面特别是上下表中部容易异常擦伤。

卷取过程中合理设置卷取张力能够改善带钢变形状态，并起到避免塔形、扁卷和松卷的作用。考虑到带钢的截面对应力分布的影响，测量了不同卷取张力下不同规格热轧高强钢的拱背高度。对于2.5~6.0mm的带钢，卷取张力设置在180~320kN能够降低拱背高度8~15mm。卷取张力设置小于180kN，很难使高强带钢每圈都卷紧，成品出现层间打滑问题；张力值320kN是卷取设备允许上限，设置过高会损耗设备，甚至拉窄带钢。

轧制力直接影响到轧机的承载辊缝，承载区域工作辊弹性压扁量与最终产品的断面形状相互对应，即轧制力通过改变轧辊的弹性变形实现对板形的影响。增加轧制力数值，相当于施加一个负弯辊力，板形有从中浪向边浪过度的趋势，反之亦然。测量对比了不同轧制压力下带钢拱背情况，合理的轧制压力设置可以有效改善带钢板形，轧制压力3000~8500kN能够减少带钢拱背高度5~35mm。轧制力的设置需要根据带钢厚度不同加以区分，跟踪实际生产发现，大轧制压力条件下薄规格高强钢加工硬化明显，平整过程中容易形成高次板形缺陷。具体来说，厚度t在2.5mm≤t＜3.0mm的带钢最大轧制压力值不超过6500kN，厚度t在4.0mm≤t＜6.0mm的带钢最大轧制压力不超过8500kN的工艺设置对改善板形效果明显。轧制压力小于3000kN时，高强钢基体塑性变形幅度小，不能使残余应力充分释放，达不到改善板形的理想效果。

轧制速度的变化会导致带钢变形抗力的变化，轧制速度越高带钢的变形抗力越大，轧制压力和承载辊缝形状随之改变，从而影响基体中残余应力的分布状态。实际生产中，带钢张力控制主要通过轧制速度、开卷速度和卷取速度的匹配来实现，保证高强钢轧制稳定是平整过程需要着重考虑的因素。轧制速度稳定在50~260m/min便于对不同规格变形抗力进行调整，也有利于生产稳定。实际生产中，高强钢平整速度过高，例如提升到260m/min以上，不利于对板形的判断和实时调整，并且带钢对中性明显变差，很容易跑偏，甚至出现八字浪等复杂缺陷；平整速度低于50m/min时会严重影响机时产量，造成不必要的产能浪费。

本发明的有益效果为：

本发明通过对平整过程关键工艺参数的优化设计，实现了不同厚度700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的有效控制。该方法不涉及成分设计和生产线技术改造，实施成本低廉、在行业内具有很好的适用性。

具体实施方式

本发明通过对热轧高强结构钢拱背缺陷产生原因进行分析，有针对性性地对热轧高强结构钢的平整工艺参数进行了改进。以下通过具体实施例对本发明做详细说明。

实施例1~12包括转炉冶炼、精炼、连铸、粗轧、精轧、层流冷却、卷取和平整工序；连铸坯经加热、轧制、冷却、卷取后得到合格热轧原料卷，热轧原料经过平整后得到最终成品；在平整机组上进行生产；

表1列出实施例1~12所涉及的钢种和规格；

表1 实施例1~12带钢信息

表2列出实施例1~12的平整工艺参数；

表2 实施例平整工艺参数

表3列出实施例1~12平整工艺实施前后带钢拱背缺陷改善效果；

表3实施例涉及带钢拱背缺陷平整效果

实施例1~12利用本发明方法所生产的热轧高强结构钢板形良好，平整后带钢拱背缺陷从热轧原料卷的35~55mm降低到10mm以下，满足客户使用需求。

Claims (2)

1.一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法，其特征在于：所述平整工序中，按照原料卷厚度t分别对开卷张力和卷取张力进行设置：

当原料厚度2.5mm≤t＜3.0mm时，开卷张力60~150kN，卷取张力180~320kN；当原料厚度3.0mm≤t＜4.0mm时，开卷张力70~170kN，卷取张力200~320kN；当原料厚度4.0mm≤t＜6.0mm时，开卷张力80~200kN，卷取张力220~320kN。

2.如权利要求1所述的一种700MPa级热轧高强钢拱背缺陷的平整控制方法，其特征在于：所述平整工序中，按照原料卷厚度t分别对轧制力和轧制速度进行设置：

当原料厚度2.5mm≤t＜3.0mm时，轧制力3000~6500kN，轧制速度70~260m/min；当原料厚度3.0mm≤t＜4.0mm时，轧制力3200~7500kN，轧制速度60~220m/min；当原料厚度4.0mm≤t＜6.0mm时，，轧制力3400~8500kN，轧制速度50~195m/min。