CN111136106B - 一种连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢的方法 - Google Patents
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Abstract
一种连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢的方法，属于钢材热加工技术领域。该方法利用直接轧制过程中控制中间坯横断面温度分布和控制合金元素弥散析出的方法生产细晶钢长型材。适用的连铸坯的横断面尺寸为150×150mm～300×300mm，开轧时，钢坯表面中心处温度为950～1150℃，横断面中心处温度为1050～1300℃。优点在于，采用轧制过程钢坯横断面温度分布的控制，得到细晶钢长型材，提高了单位合金元素含量的强化效率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于钢材热加工技术领域,特别是涉及一种连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢的方法。在直接轧制过程中，通过控制高温连铸钢坯轧制过程中的内部温度分布、合金元素碳氮化物的析出，得到细晶钢长型材。
背景技术
在高温钢坯连铸后，利用钢坯的余热，不经过加热炉直接快速输送到轧机前进行轧制变形，得到成品长型材，是一种低能耗的绿色化生产工艺。采用这种工艺生产细晶钢长型材，控制要点一是控制钢坯轧制变形过程的温度分布；二是利用合金元素碳氮化物的弥散析出阻止晶粒的长大。
钢坯冷装或热装进入加热炉加热，钢坯横断面的温度分布相对均匀，后序钢坯轧制过程的钢坯内部温度变化和分布研究的较多，描述再结晶控制轧制、未再结晶轧制、两相区轧制方面公布的技术较多，工艺控制方法相对成熟。随着直接轧制技术的发展，钢坯不经过加热炉的温度分布体现了新的特点，这是本发明专利需要描述的技术。
微合金和低合金长型材在轧制变形和轧制后冷却过程中，利用合金元素铌、钒、钛的碳氮化物的弥散析出，作为第二相质点，可以使相变过程具有更多的形核点，促进了均匀形核，使相变后的晶粒细化。钢坯不经过加热炉的直接轧制工艺使第二相质点增多，第二相质点也阻碍了晶界的移动，减弱了晶粒长大的趋势，促进了微合金钢和低合金钢的晶粒细化。
授权发明专利CN104438327B一种连铸坯在线直接轧制细晶钢的方法，描述了工艺过程：连铸坯依次经过初炼炉、连铸机、保温辊道段甲、补热炉、保温辊道段乙、均热炉后进入轧机、冷却，具有补热炉、均热炉，是一种轧制过程有加热的工艺方法。公布发明专利CN110373610A一种生产HRB400E的细晶钢筋制备方法，包括以下步骤：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、浇筑得到钢锭、锻造、热处理，是采用传统的加热炉加热，后序轧制变形的工艺方法，加热炉具有预热段、加热段和均热段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢的方法，直接轧制高温钢坯不经过加热炉生产长型材，极大地降低了轧制工序的能源消耗。
本发明的生产工艺包括：高温连铸钢坯→辊道输送→轧机轧制→钢坯内部温度控制→合金元素碳氮化物析出控制→成品长型材。该方法利用直接轧制过程中控制中间坯横断面温度分布和控制合金元素弥散析出的方法生产细晶钢长型材。适用的连铸坯的横断面尺寸为150×150mm～300×300mm，开轧时，钢坯表面中心处温度为950～1150℃，横断面中心处温度为1050～1300℃。具体步骤及控制的技术参数如下：
1、连铸高温钢坯经过拉矫机后，在冶金长度的末端用火焰切割或液压机械切断的方法剪切成定尺钢坯，连铸坯的横断面尺寸为150×150mm～300×300mm，钢坯定尺切断后，通过辊道快速输送到第一架粗轧机前，在这个过程中钢坯表面中心处温度为950～1150℃，横断面中心处温度为1050～1300℃，满足钢坯进行轧制变形的温度条件。
2、钢坯进入第一架粗轧机时，表面中心处和横断面中心处的温度差在100～300℃之间，钢坯横断面中心区域温度高、变形抗力就低，高温钢坯在这种温度分布的条件下轧制变形，有利于使变形向横断面芯部渗透，增加了钢坯横断面中心区域的压缩比。
3、高温钢坯在连续经过轧机轧制变形时，横断面的面积逐渐减小，在300×300mm断面减小到φ12mm圆的范围内；横断面的温度分布也趋于内、外温度差逐渐减小，在300℃减小到10℃的范围内。为了使中间坯内、外具有较大的温度差，增加轧辊的冷却水流量，调节范围：10～50t/h，使中间坯经过轧机的轧辊时受到轧辊冷却水的冷却，抵消中间坯表面变形热的升温，维持中间坯具有较大的内、外温度差。在这种条件下中间坯的表面处于未再结晶区800～900℃，中心区域处于再结晶温度区950～1200℃，轧制后得到晶粒细小的金相组织9～12级。
4、钢坯化学成分采用铌、钒、钛元素中的一种、两种或三种作为合金元素，在长型材轧制后的冷却过程中，采用1～15℃/s的冷却速度冷却到室温，在合金元素铌含量0.01～0.10％、钒含量0.01～0.10％、钛含量0.01～0.10％的范围内，由于采用直接轧制的方法，高温钢坯在轧制变形过程中逐渐冷却，合金元素的碳氮化物弥散析出，细化了长型材的晶粒尺寸。
本发明采用连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢的方法，连铸坯可以是方坯或者矩形坯。
本发明可以生产的钢材为螺纹钢筋、圆钢、扁钢、工字钢、角钢、槽钢。
与现有的采用传统加热炉生产细晶钢的技术相比，本发明具有如下优点：
1、利用高温钢坯直接轧制时，钢坯横断面温度分布的特点，在钢坯表面区域采用未再结晶轧制，在钢坯横断面的中心区域采用再结晶轧制，细化了晶粒尺寸。
2、采取直接轧制工艺生产细晶钢长型材，促进了铌、钒、钛等合金元素碳氮化物的弥散析出，提高了单位重量合金元素的强化效率。
3、由于晶粒细化，钢材的屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击韧性指标提高，如果生产相同性能指标的长型材，可以减少合金元素的含量，降低了生产过程的合金成本。
4、钢坯不经过加热炉，缩短了钢坯轧制的生产周期，钢坯的烧损减少，提高了成材率。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要的工艺过程做简单地介绍。
传统的长型材生产方式是钢坯冷装或者热装进入加热炉，钢坯在加热炉内加热到轧制温度，钢坯内外表面温度差在20℃之内时，钢坯出加热炉进行轧制，在经过控制轧制和控制冷却后，生产细晶钢。
本发明描述的高温钢坯，在连铸工序保证钢坯高温出坯的条件下，在连铸钢坯后经过火焰切割或者液压机械切割后，钢坯的表面中心温度还能保证在1000～1200℃，然后钢坯以1～4m/s的速度由连铸区经过辊道快速输送到轧机前进行轧制。
高温钢坯在输送过程中，造成温度降低的原因有高温钢坯的辐射散热、钢坯表面与空气的对流换热、钢坯与输送辊道之间的传导传热，快速输送可以减小钢坯表面的温度降低幅度，使钢坯到达第一架粗轧机前还能保证开始轧制所需要的温度。
高温钢坯进行轧制过程中，中间坯的横截面积逐渐减小，横断面的温度分布差异也逐渐减小，为了维持钢坯内、外表面足够的温度差，使用增大轧辊冷却水的方式对中间坯的表面进行冷却。也可以通过在机架之间增加穿水管，使中间坯经过穿水管的方式降低表面温度。在中间坯的表面和横断面中心区域具有足够温度差的条件下，轧制变形过程中实现了表面的未再结晶轧制和横断面心部区域实现了再结晶轧制。
根据不同长型材对屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击韧性指标的不同需求，适当地在钢中添加铌、钒、钛等合金元素，由于直接轧制的高温钢坯在轧制变形过程中的热履历，没有经过钢坯冷却相变和钢坯加热逆向变的过程，合金元素的碳氮化物在钢坯冷却过程中逐渐析出，这时控制长型材轧制后，经过水冷却、气雾冷却、压缩空气冷却等加速冷却装置，控制长型材的冷却速度在1～15℃/s的范围内，可以很好地实现合金元素的碳氮化物弥散析出，细化了长型材的晶粒尺寸。
按照长型材对强度和韧性指标的要求，根据合金元素和碳元素百分含量对强度和韧性的影响，增加合金元素碳含量可以提高强度指标，适当地降低碳含量可以提高韧性指标，在采用本发明的工艺方法，结合化学成分的调整，可以实现高温连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种合金元素的种类和百分含量的改动而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动在内。
本实施例采用160×160mm横断面的含0.03％钒微合金钢连铸坯采用直接轧制的方法生产HRBF400E螺纹钢筋，轧后冷却速度为5℃/s。给出了钢坯在不同内、外温度条件下，螺纹钢筋的晶粒度级别，明显高于常规轧制钢坯经过加热炉的螺纹钢筋。见下表1。
| 序号 | 开轧表面温度，℃ | 开轧心部温度，℃ | 冷却速度，℃/s | 晶粒度，级 | 屈服强度，MPa |
| 1 | 950 | 1100 | 5 | 10.0 | 470 |
| 2 | 1000 | 1150 | 5 | 9.5 | 455 |
| 3 | 1050 | 1190 | 5 | 9.3 | 445 |
Claims (2)
1.一种连铸坯不经过加热炉直接轧制生产细晶钢的方法，包括：高温连铸钢坯→辊道输送→轧机轧制→钢坯内部温度控制→合金元素碳氮化物析出控制→成品长型材；其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：
1)高温连铸钢坯经过拉矫机后，在冶金长度的末端用火焰切割或液压机械切断的方法剪切成定尺钢坯，高温连铸钢坯的横断面尺寸为150×150mm～300×300mm，钢坯定尺切断后，通过辊道输送到第一架粗轧机前，在这个过程中钢坯表面中心处温度为950～1150℃，横断面中心处温度为1050～1300℃，满足钢坯进行轧制变形的温度条件；
2)钢坯进入第一架粗轧机时，表面中心处和横断面中心处的温度差在100～300℃之间，有利于使变形向横断面芯部渗透，增加了钢坯横断面中心区域的压缩比；
3)高温连铸钢坯在连续经过轧机轧制变形时，横断面的面积逐渐减小，钢坯的横断面由150×150mm～300×300mm减小到φ12mm圆；横断面的温度分布也趋于内、外温度差逐渐减小，温度差由100～300℃减小到10℃；为了使中间坯内、外具有较大的温度差，增加轧辊的冷却水流量，调节范围：10～50t/h，使中间坯经过轧机的轧辊时受到轧辊冷却水的冷却，抵消中间坯表面变形热的升温，维持中间坯具有较大的内、外温度差；在这种条件下中间坯的表面处于未再结晶区800～900℃，中心区域处于再结晶温度区950～1200℃，轧制后得到晶粒细小的金相组织9～12级；
4)钢坯化学成分采用铌、钒、钛三种作为合金元素，在长型材轧制后的冷却过程中，采用1～15℃/s的冷却速度冷却到室温，在合金元素铌含量0.01～0.10％、钒含量0.01～0.10％、钛含量0.01～0.10％的范围内，由于采用直接轧制的方法，高温连铸钢坯在轧制变形过程中逐渐冷却，合金元素的碳氮化物弥散析出，细化了长型材的晶粒尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直接轧制生产细晶钢的高温连铸坯为方坯。
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