CN111455276A - 低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢及其生产方法 - Google Patents

低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢及其生产方法，所述圆钢化学成分及重量百分含量为：C：0.15～0.17%、Si：0.20～0.26%、Mn：1.32～1.40%、P≤0.015%、S≤0.003%、Als：0.025～0.040%、Cr：0.06～0.10%、V：0.03～0.05%、Nb：0.02～0.04%、N：0.0060～0.0100%，其余为Fe及不可避免的残余元素。所述生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序。本发明不需进行正火处理，提高成材率，缩短交货时间，所得φ80～150mm的热轧圆成品晶粒度细小，低温冲击性能及强度良好，符合用户使用要求。

Description

低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢及其生产方法，尤其是一种低温冲击韧性良好的大规格低合金高强度热轧圆钢及其生产方法。
背景技术
低合金高强度钢是在碳素结构钢的基础上加入少量的Mn、Si和微量的Nb、V、Ti、Al等合金元素而发展起来的一类工程结构用钢。同时利用细晶强化使钢的韧脆转化温度降低效应，来抵消钢中碳氮化物析出强化使钢韧脆转化温度升高这种不利的影响，使钢在获得高强度的同时又能保持较好的低温性能。为了达到良好的低温冲击韧性和较细的晶粒度，目前热轧钢材之后还需要进行正火处理。这种工艺带来以下不足：1）增加正火生产成本。2）正火之后轧材产生弯曲，增加烧损，后续需要增加校直和修磨费用。3）增加交货时间。
电机轴用低合金高强度热轧圆钢要求具有高强度和良好的低温冲击性能，以保证电机主轴在极端温度下仍能正常运转。目前，生产电机轴的厂家对于热轧圆钢的性能有了更高的要求，要求热轧圆钢正火处理后在距离外圆12.5mm处，晶粒度≥6级，-20℃时V型横向冲击功≥27J，纵向冲击功≥60J。但是对于大规格热轧圆钢来说，直径越大，其达到上述性能越难以实现。这是由于当热轧材温度达到Ac3温度以上时，采用的冷却液以一定的流量和压力进行冷却时，对于有一定厚度的轧件来说，从表皮到心部，冷却液对轧件的冷却能力是越来越弱的。同时直径越大，心部储存的热能越多，冷却液将轧件以一定冷却速度冷却下来后，心部储存的热能对表皮损失的热能补偿越快，故冷却效果随着直径的增加变得越来越差。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢及其生产方法，本发明采用的技术方案如下：
一种低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢，其化学成分及重量百分含量为：C：0.15～0.17%、Si：0.20～0.26%、Mn：1.32～1.40%、P≤0.015%、S≤0.003%、Als：0.025～0.040%、Cr：0.06～0.10%、V：0.03～0.05%、Nb：0.02～0.04%、N：0.0060～0.0100%，其余为Fe及不可避免的残余元素。
本发明所述热轧圆钢的直径为80～150mm。
本发明所述热轧圆钢在距离外圆12.5mm处取样经检测，纵向-20℃冲击功Kv2为191.9～218.1J，-40℃冲击功Kv2为154.1～235.3J；横向-20℃冲击功Kv2为129.9～146J，-40℃冲击功Kv2为108.1～150.3J；晶粒度8.0～9.5级。
一种低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序。
本发明所述加热工序，冷坯入加热炉，预热区温度为800～900℃，将φ300～600mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1175～1240℃，进行均热，均热时间48～126min，以保证Nb、V充分固溶到奥氏体晶格中，为后续轧制过程中沉淀析出做准备，细化晶粒度，均匀钢坯内部组织。
本发明所述高压水除鳞工序，水压为19～27Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行6～10s除鳞。
本发明所述开坯轧制工序，在开坯轧制前圆连铸坯先以0.3～0.5℃/s的降温速率空冷100～120s；粗轧开轧温度为1043～1079℃，经过7～11道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯。控制冷却速度0.3～0.5℃/s和粗轧的开轧温度1043～1079℃是为了得到细小的奥氏体晶粒度，为后续连轧轧材再结晶后得到细小的奥氏体晶粒度和Nb、V沉淀析出做准备。
本发明所述连轧工序，在连轧前中间坯以0.2～0.3℃/s的降温速率进行水冷；进行6～8道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为861～887℃。控制温度为861～887℃是为连轧轧制温度做准备，连轧加工硬化后进行再结晶，细化晶粒，同时Nb、V析出进行沉淀强化，Nb、V的碳氮化物分布在晶界和晶粒内部，达到强化的目的，以保证达到细小的实际晶粒度和低的冲击韧性。
本发明所述冷却工序，将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至350～450℃后，再进入缓冷坑缓冷36～50h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本发明采用Nb、V复合微合金化，通过控制进入粗轧的开轧温度和冷却速度，使温度降低的同时细化奥氏体晶粒，母体奥氏体晶粒细化后为连轧晶粒的再结晶做准备，控制进入连轧的温度和冷却速度，使连轧时晶粒遗传母体的细晶粒，再结晶后变得更加细小，同时Nb、V复合微合金化后析出强化，从而保证了φ80～150mm的热轧圆钢在距离外圆12.5mm处，晶粒度8.0～9.5级。根据EN10025-1，冲击试样截取位置距离外圆12.5mm处取样，经检测纵向-20℃冲击功Kv2为191.9～218.1J，-40℃冲击功Kv2为154.1～235.3J；横向-20℃冲击功Kv2为129.9～146J，-40℃冲击功Kv2为108.1～150.3J。
本发明不需进行正火处理，减少正火之后轧材产生弯曲和炉内烧损，减少校直和修磨费用，提高成材率，缩短交货时间。
附图说明
图1为本发明实施例1热轧圆钢的金相组织图；
图2为本发明实施例2热轧圆钢的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ80mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为820℃，将φ300mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1210℃，进行均热，均热时间48min；
（2）高压水除鳞工序：水压为19Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行6s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.3℃/s的降温速率空冷100s；粗轧开轧温度为1043℃，经过7道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.3℃/s的降温速率进行水冷；进行8道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为861℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至353℃后，再进入缓冷坑缓冷38h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。其金相组织图见图1，由图可知其为细小均匀的铁素体+转光体组织，实际晶粒度达到9.5级。
实施例2
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ150mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为855℃，将φ600mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1220℃，进行均热，均热时间126min；
（2）高压水除鳞工序：水压为20Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行10s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.32℃/s的降温速率空冷110s；粗轧开轧温度为1050℃，经过7道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.27℃/s的降温速率进行水冷；进行8道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为861℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至378℃后，再进入缓冷坑缓冷50h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。其金相组织图见图1，由图可知其为细小均匀的铁素体+转光体组织，实际晶粒度达到8.0级。
实施例3
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ88mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为800℃，将φ300mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1233℃，进行均热，均热时间60min；
（2）高压水除鳞工序：水压为19Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行8s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.45℃/s的降温速率空冷104s；粗轧开轧温度为1079℃，经过10道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.24℃/s的降温速率进行水冷；进行6道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为875℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至396℃后，再进入缓冷坑缓冷40h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。
实施例4
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ97mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为806℃，将φ300mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1240℃，进行均热，均热时间77min；
（2）高压水除鳞工序：水压为26Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行7s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.47℃/s的降温速率空冷120s；粗轧开轧温度为1070℃，经过9道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.20℃/s的降温速率进行水冷；进行6道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为870℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至350℃后，再进入缓冷坑缓冷45h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。
实施例5
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ110mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为900℃，将φ380mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1192℃，进行均热，均热时间90min；
（2）高压水除鳞工序：水压为22Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行10min除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.40℃/s的降温速率空冷115s；粗轧开轧温度为1062℃，经过11道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.23℃/s的降温速率进行水冷；进行7道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为883℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至426℃后，再进入缓冷坑缓冷36h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。
实施例6
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ120mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为870℃，将φ450mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1200℃，进行均热，均热时间110min；
（2）高压水除鳞工序：水压为25Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行9s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.50℃/s的降温速率空冷117s；粗轧开轧温度为1046℃，经过8道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.30℃/s的降温速率进行水冷；进行7道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为865℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至450℃后，再进入缓冷坑缓冷44h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。
实施例7
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ135mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为840℃，将φ450mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1180℃，进行均热，均热时间100min；
（2）高压水除鳞工序：水压为23Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行6s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.38℃/s的降温速率空冷100s；粗轧开轧温度为1077℃，经过11道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.28℃/s的降温速率进行水冷；进行6道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为887℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至411℃后，再进入缓冷坑缓冷50h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。
实施例8
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ144mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为890℃，将φ600mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1175℃，进行均热，均热时间120min；
（2）高压水除鳞工序：水压为27Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行7s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.30℃/s的降温速率空冷109s；粗轧开轧温度为1060℃，经过9道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.25℃/s的降温速率进行水冷；进行7道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为880℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至440℃后，再进入缓冷坑缓冷49h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
实施例9
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的规格为φ121mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：冷坯入加热炉，预热区温度为873℃，将φ380mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1220℃，进行均热，均热时间126min；
（2）高压水除鳞工序：水压为26Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行9s除鳞；
（3）开坯轧制工序：在开坯轧制前圆连铸坯先以0.32℃/s的降温速率空冷110s；粗轧开轧温度为1043℃，经过9道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯；
（4）连轧工序：在连轧前中间坯以0.25℃/s的降温速率进行水冷；进行6道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为880℃；
（5）冷却工序：将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至431℃后，再进入缓冷坑缓冷48h，即获得晶粒度细小、低温冲击韧性良好的低合金高强度圆钢。
本实施例低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的性能见表2。
表1. 各实施例热轧圆钢的化学成分及质量百分含量（%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。
表2. 各实施例热轧圆钢的性能
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。

Claims (9)

1.一种低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢，其特征在于，所述热轧圆钢化学成分及重量百分含量为：C：0.15～0.17%、Si：0.20～0.26%、Mn：1.32～1.40%、P≤0.015%、S≤0.003%、Als：0.025～0.040%、Cr：0.06～0.10%、V：0.03～0.05%、Nb：0.02～0.04%、N：0.0060～0.0100%，其余为Fe及不可避免的残余元素。
2.根据权利要求1所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢，其特征在于，所述热轧圆钢的直径为80～150mm。
3.根据权利要求1或2所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢，其特征在于，所述热轧圆钢在距离外圆12.5mm处取样经检测，纵向-20℃冲击功Kv2为191.9～218.1J，-40℃冲击功Kv2为154.1～235.3J；横向-20℃冲击功Kv2为129.9～146J，-40℃冲击功Kv2为108.1～150.3J；晶粒度8.0～9.5级。
4.根据权利要求1-3任一项所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其特征在于，其包括加热、高压水除鳞、开坯轧制、连轧、冷却工序；所述开坯轧制工序，在开坯轧制前圆连铸坯先以0.3～0.5℃/s的降温速率空冷100～120s；粗轧开轧温度为1043～1079℃。
5.根据权利要求4所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其特征在于，所述加热工序，冷坯入加热炉，预热区温度为800～900℃，将φ300～600mm圆连铸坯装入加热炉进行预热后升温至1175～1240℃，进行均热，均热时间48～126min。
6.根据权利要求5所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其特征在于，所述高压水除鳞工序，水压为19～27Mpa，在圆连铸坯的圆周方向全方位进行6～10s除鳞。
7.根据权利要求6所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其特征在于，所述开坯轧制工序，经过7～11道次往复式轧制，同时开启轧辊冷却水和地辊冷却水冷却，得到中间坯。
8.根据权利要求4-7任一项所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其特征在于，所述连轧工序，在连轧前中间坯以0.2～0.3℃/s的降温速率进行水冷；进行6～8道次连轧，并开启轧辊冷却水，控制进入连轧机的温度为861～887℃。
9.根据权利要求4-7任一项所述的低温冲击韧性良好的大规格热轧圆钢的生产方法，其特征在于，所述冷却工序，将连轧后的圆钢进行锯切，锯切后进入冷床空冷至350～450℃后，再进入缓冷坑缓冷36～50h。
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