CN112210649B - 一种高强钢屈强比的柔性化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，属于轧钢技术领域，控制冷却工序，开冷温度≥760℃，采用超快冷DQ+加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在20℃/s～40℃/s，进入ACC段后，在390‑540℃之间选择一个温度值作为空冷开始温度，在该选定空冷开始温度起进行空冷3‑5s，再进行水冷，水冷冷速控制在10℃/s～20℃/s，实现了对Q500MD高强钢屈强比的在线控制和调整，得到了理想的贝氏体混合组织，成品钢板在各项性能满足GB/T 1591‑2018的前提下，满足用户对不同屈强比的要求，避免了重新设计成分路线，减少了炼钢排产难度。
Description
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，尤其涉及一种高强钢屈强比的柔性化控制方法。
背景技术
500MPa级高强钢即Q500MD，属于低合金高强钢，具有良好的综合力学性能和工艺性能，广泛应用于诸如钢结构、工程机械等工程领域，20-30mm厚度产品属于常规使用，但此类钢在实际运用过程中因为机加工、安全因素等需求，对钢板屈强比提出不同的需求。
国内中板厂生产该钢种的钢板，成分设计主要采用低碳成分设计，添加有Mn、Nb、Cr、B等元素，其中C含量约为0.05～0.09wt%，Mn含量约为1.40～1.60wt%，Nb含量约为0.025～0.060wt%，以及不等量的Cr、Mo，或者B；控制轧制及控制冷却工艺参数通常为：待温温度≤900℃，待温厚度大于等于钢板成品厚度的2.5倍，终轧温度800～850℃，终冷温度约为350～450℃。该类工艺通过适当添加淬透性元素，再配以快速冷却和钢板自回火效应，保证了该类钢板获得良好的机械性能。但该类钢种的屈强比往往控制在0.85以上，同时无法通过调整特定工艺来实现调整屈强比的大小。
在屈强比控制方面，也有部分产品通过特定的成分设计，冷却设置以达到特定范围屈强比。如专利公开号为CN106521330B的《一种低屈强比Q550D低合金高强结构钢及生产方法》，通过控制开冷温度等参数实现特定比例的先共析铁素体和贝氏体混合组织，实现屈强比控制在0.8以下。如专利公开号为CN106563695B的《一种低屈强比高强度管线钢的生产方法》，通过控制钢板在“铁素体+奥氏体”两相区轧制，并结合特定的冷却制度，开冷温度等参数实现特定比例的针状铁素体和贝氏体混合组织，实现屈强比控制在0.83以下。该类专利均通过独特的成分工艺设计，获得了性能优异的专有用途钢种，但该类工艺设计只是提供了达到特定范围屈强比的途径，并未体现如何通过调整特定冷却参数实现控制屈强比的大小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，定量调整500MPa级高强钢屈强比。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，包括铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，其特征在于，所述控制冷却工序，开冷温度≥760℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在20℃/s～40℃/s，进入ACC段后，在390-540℃之间选择一个温度值作为空冷开始温度，在该选定空冷开始温度起进行空冷3-5s，再进行水冷，水冷冷速控制在10℃/s～20℃/s。
在工业生产过程中，钢板中的贝氏体转变往往是在连续冷却过程中生成的，生成的贝氏体形貌复杂，主要包括板条贝氏体和粒状贝氏体，其中板条贝氏体中高的位错密度和平行排列的铁素体板条增大了位错运动的阻力，使体现出较高的强度和屈强比。而粒状贝氏体中的铁素体亚结构不呈板条状，而是近似呈等轴状，另外，粒状贝氏体中的M/A岛无序地分布在铁素体基体上。因为粒贝铁素体尺寸大、位错密度低，M/A作为硬相亚组织分布其中，所以粒状贝氏体钢体现出较低的屈服强度和屈强比。
贝氏体高强钢传统冷却模式为连续冷却，而板条贝氏体和粒状贝氏体组织对冷速变化较为敏感，在连续快冷过程中，相变过程很难控制，通过间隔冷却，在快速冷却段之间设置空冷段，转变产物在冷却过程中形核后，在空冷段开始生长，这样可有效调整两类贝氏体组织的含量，并最终实现调整钢板机械性能的目的。
在Q500MD钢板连续冷却过程中，钢板内部会生产粒状贝氏体和板条贝氏体等混合组织，采用(超快冷+加速冷却)（以下简称：DQ+ACC）冷却方式控制冷却，钢板的开冷温度为≥760℃，DQ段采用快速冷却，冷速控制在20℃/s～40℃/s，缩短在先共析铁素体形成温度范围内的停留时间，钢板进入ACC后，冷却至390-540℃时，在390-450℃之间选择一个温度值作为空冷开始温度，在该选定空冷开始温度起进行空冷3-5s，空冷后ACC水冷冷速控制在10℃/s～20℃/s，转变产物在冷却过程中形核后，在空冷段开始生长，避免了传统连续冷却过程中对相变过程的影响偏差，这样可有效调整两类贝氏体组织的含量，并最终实现调整钢板机械性能的目的。随着空冷温度的升高，粒状贝氏体比例上升，板条贝氏体比例降低，屈强比降低。
优选的，所述空冷开始温度为390-450℃。
优选的，成品钢板规格为厚度22-28mm时，空冷开始温度Tm按照公式：Rp0.2/Rm=1.4- 0.0014×Tm计算得到，Rp0.2/Rm为成品钢板的屈强比。
优选的，所述水冷，钢板水冷至200±30℃。
空冷后钢板再水冷至200±30℃，主要为了避免钢板温度带来的自身回火效应，造成微合金Nb化合物的二次析出，干扰钢板的屈强比。
优选的，所述控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度≥3a，a为钢板成品厚度，待温终了温度≤880℃，终轧温度控制在820～850℃。
将二阶段的开轧温度定在880℃以下是为了保证其变形是在未再结晶温区内进行，从而避开部分再结晶温区，减少混晶现象；控制钢板二阶段轧制时的厚度为成品厚度的3倍以上，便可以获得累积压下率≥67%，以此获得足够的相变形核点（位错）和驱动力（变形能）；终轧温度控制在820～850℃可以保证钢板在较低的温度下进行变形，减少高温阶段发生的回复等降低位错密度的现象；而且在此终轧温度条件下钢板进入（DQ+ACC）设备进行控制冷却时的温度可以控制在760℃以上（大约为此钢的Ar3点+15℃附近），此时钢板的组织主要仍为奥氏体，从而为确保Q500MD组织转变。轧制过程作为本发明的重要组成部分，主要为冷却过程相变提供组织准备。
优选的，所述控制轧制工序开轧温度1060～1120℃。
优选的，所述铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1210～1250℃。
将板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1210～1250℃，可以保证加热后铸坯除鳞前温度高于硅酸亚铁熔点1170℃，便于除鳞箱除鳞；而且在此温度范围内，可提高铸坯在第一轧程的可加工性，提高生产效率。
优选的，所述高强钢化学成分及其重量百分含量为：C：0.06～0.09%，Si：0.10～0.25%，Mn：1.40-1.55%，P≤0.018%，S≤0.010%，Als≥0.015%，Nb：0.020～0.035%，Cr：0.20～0.30%，B：0.0010～0.0020%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，所述C：0.06～0.08%，Si：0.10～0.20%，Mn：1.40-1.50%，P≤0.015%，S≤0.008%，Nb：0.020～0.030%，Cr：0.22～0.28%，B：0.0010～0.0018%。
优选的，生产钢板规格为厚度22-28mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，实现了对Q500MD屈强比的在线控制和调整，得到了理想的贝氏体混合组织，成品钢板在各项性能满足GB/T 1591-2018的前提下，满足用户对不同屈强比的要求，避免了重新设计成分路线，减少了炼钢排产难度。
附图说明
图1为实施例1所生产的钢板的500×显微组织图；
图2为实施例2所生产的钢板的500×显微组织图；
图3为实施例3所生产的钢板的500×显微组织图；
图4为实施例4所生产的钢板的500×显微组织图；
图5为实施例5所生产的钢板的500×显微组织图；
图6为实施例6所生产的钢板的500×显微组织图；
图7为实施例7所生产的钢板的500×显微组织图。
具体实施方式
本发明一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，包括铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，优选的铸坯化学成分及其重量百分含量为：C：0.06～0.09%，Si：0.10～0.25%，Mn：1.40-1.55%，P≤0.018%，S≤0.010%，Als≥0.015%，Nb：0.020～0.035%，Cr：0.20～0.30%，B：0.0010～0.0020%，其余为Fe和不可避免的杂质元素，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1210～1250℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1060～1120℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度≥3a，a为钢板成品厚度，待温终了温度≤880℃，终轧温度控制在820～850℃，控制冷却工序，开冷温度≥760℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在20℃/s～40℃/s，进入ACC段后，在390-450℃之间选择一个温度值作为空冷开始温度，在该选定空冷开始温度起进行空冷3-5s，成品钢板规格为厚度22-28mm时，空冷开始温度Tm按照公式：Rp0.2/Rm=1.4 - 0.0014×Tm计算得到，Rp0.2/Rm为成品钢板的屈强比，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在10℃/s～20℃/s，钢板水冷至200±30℃，优选的，生产钢板规格为厚度22-28mm。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
实施例1，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1210℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1060℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度66mm，待温终了温度857℃，终轧温度控制在820℃，控制冷却工序，开冷温度760℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在20℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度540℃，空冷时间5s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在10℃/s，钢板水冷至230℃，生产钢板规格为厚度22mm。
实施例2
实施例2，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1220℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1069℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度70mm，待温终了温度861℃，终轧温度控制在830℃，控制冷却工序，开冷温度766℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在24℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度514℃，空冷时间3.6s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在12℃/s，钢板水冷至208℃，生产钢板规格为厚度23mm。
实施例3
实施例3，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1230℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1081℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度77mm，待温终了温度864℃，终轧温度控制在835℃，控制冷却工序，开冷温度773℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在27℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度486℃，空冷时间4.1s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在14℃/s，钢板水冷至173℃，生产钢板规格为厚度24mm。
实施例4
实施例4，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1235℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1092℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度78mm，待温终了温度869℃，终轧温度控制在840℃，控制冷却工序，开冷温度781℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在31℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度464℃，空冷时间4.5s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在16℃/s，钢板水冷至215℃，生产钢板规格为厚度25mm。
实施例5
实施例5，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1240℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1099℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度79mm，待温终了温度872℃，终轧温度控制在845℃，控制冷却工序，开冷温度792℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在34℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度429℃，空冷时间4.8s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在17℃/s，钢板水冷至175℃，生产钢板规格为厚度26mm。
实施例6
实施例6，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1248℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1108℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度83mm，待温终了温度877℃，终轧温度控制在841℃，控制冷却工序，开冷温度801℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在37℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度407℃，空冷时间4.3s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在19℃/s，钢板水冷至185℃，生产钢板规格为厚度27mm。
实施例7
实施例7，铸坯化学成分及其重量百分含量列于表1中，铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1250℃，加热时间≥220min，控制轧制工序开轧温度1120℃，控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度90mm，待温终了温度880℃，终轧温度控制在850℃，控制冷却工序，开冷温度806℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在40℃/s，进入ACC段后，空冷开始温度390℃，空冷时间3.0s，空冷后再进行水冷，水冷冷速控制在20℃/s，钢板水冷至170℃，生产钢板规格为厚度28mm。
对实施例1－7轧制完成后的钢板的屈服强度、抗拉强度、延伸率、-20℃冲击功进行检验，检测结果列于表2中，用检测得到的屈服强度、抗拉强度计算出屈强比，列于表2中。
表1
表2
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，包括铸坯加热、控制轧制、控制冷却工序，其特征在于，所述控制冷却工序，开冷温度≥760℃，采用超快冷DQ + 加速冷却ACC的冷却方式，DQ段冷速控制在20℃/s～40℃/s，进入ACC段后，在390-540℃之间选择一个温度值作为空冷开始温度，在该选定空冷开始温度起进行空冷3-5s，再进行水冷，水冷冷速控制在10℃/s～20℃/s。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述空冷开始温度为390-450℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，成品钢板规格为厚度22-28mmmm时，空冷开始温度Tm按照公式：Rp0.2/Rm=1.4 - 0.0014×Tm计算得到，Rp0.2/Rm为成品钢板的屈强比。
4.根据权利要求1所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述水冷，钢板水冷至200±30℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述控制轧制工序为两阶段轧程，待温厚度≥3a，a为钢板成品厚度，待温终了温度≤880℃，终轧温度控制在820～850℃。
6.根据权利要求1所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述控制轧制工序开轧温度1060～1120℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述铸坯加热工序板坯经加热炉加热之后的表面温度控制在1210～1250℃。
8.根据权利要求1－7任一项所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述高强钢化学成分及其重量百分含量为：C：0.06～0.09%，Si：0.10～0.25%，Mn：1.40-1.55%，P≤0.018%，S≤0.010%，Als≥0.015%，Nb：0.020～0.035%，Cr：0.20～0.30%，B：0.0010～0.0020%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
9.根据权利要求8所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，所述C：0.06～0.08%，Si：0.10～0.20%，Mn：1.40-1.50%，P≤0.015%，S≤0.008%，Nb：0.020～0.030%，Cr：0.22～0.28%，B：0.0010～0.0018%。
10.根据权利要求1－7、9任一项所述的一种高强钢屈强比的柔性化控制方法，其特征在于，生产钢板规格为厚度22-28mm。
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