CN112974525A - 改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法，其包括粗轧、精轧、层流冷却、卷取和缓冷工序，各工序工艺如下所述：所述粗轧工序：粗轧投用保温罩和边部加热器；所述精轧工序：关闭机架间冷却水，加速度≤0.1m/s；所述层流冷却工序：在出精轧后、进入层流冷却前，空冷时间≥2s；下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间；对带钢边部进行间隔边部遮挡；缓冷工序：至少缓冷2天或者测量最高温度≤80℃。本方法通过研究分析带钢在各个区域的温度分布、冷却强度和残余应力，改进热轧关键工艺参数，有效解决了热连轧高强钢浪形缺陷，提升产品板形合格率，保证了热连轧高强钢质量的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热连轧方法，尤其是一种改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法。
背景技术
500MPa级及以上的热连轧高强钢，经常出现在精轧轧制出口平直无浪，卷取入口和钢卷开卷时呈现双边浪；造成与轧制时观察到的浪形不一致，导致热连轧高强钢板形质量异议众多，甚至无法按合同交货。目前国内主要通过增加平整或者横切工序，对薄规格进行平整交货；对厚规格进行横切后以板交货；但由于板形原因导致合格率仅为90%，板形不良发生率为3%，板形质量异议数量为1%，效果并不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括粗轧、精轧、层流冷却、卷取和缓冷工序，各工序工艺如下所述：
所述粗轧工序：粗轧投用保温罩和边部加热器；
所述精轧工序：关闭机架间冷却水，加速度≤0.1m/s；
所述层流冷却工序：在出精轧后、进入层流冷却前，空冷时间≥2s；下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间；对带钢边部进行间隔边部遮挡；
缓冷工序：至少缓冷2天或者测量最高温度≤80℃。
本发明所述粗轧工序，采用边部加热器对两侧边部20～70mm进行40～70℃边部温度补偿。
本发明所述层流冷却工序，对带钢边部50～100mm进行间隔边部遮挡。
本发明所述方法生产的带钢厚度为2.5～16mm、宽度为1000～2000mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过研究分析带钢在各个区域的温度分布、冷却强度和残余应力，改进热轧关键工艺参数，有效解决了热连轧高强钢浪形缺陷，提升产品板形合格率，保证了热连轧高强钢质量的稳定性。
本发明通过优化热轧工艺，改善了带钢横断面的温度和冷却不均匀导致热膨胀和相变不同步的现象，带钢内热应力和相变应力较大和分布不均匀的现象明显改变，减少了带钢由于相变和冷却不同步造成的残余应力不一致的现象，实现了带钢横断面温度和冷却的均匀性，明显改善了产品的冷却板形，板形合格功率大幅度提高。本发明不涉及产品成分的重新设计，具有成本低廉、简单实用等优点，在行业内具有很强的适应性，经现场试用，效果良好，适宜作为改善常规卷取热轧高强钢板形缺陷问题的方法进行长期使用，从而提高带钢的板形合格率，而且生产稳定。未采用本发明前，500MPa级以上热连轧高强钢板形不良缺陷发生率≥5%，合格率≤95%；采用本发明后，热连轧高强钢板形不良缺陷发生率≤0.9%，合格率≥99.1%，质量异议同比减少70%。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是钢卷平整开卷时的冷却浪形宏观形貌示意照片；
图2是本发明边部加热器温度补偿的效果图；
图3是本发明带钢冷却至卷取温度后的横断面温差检测图；
图4是本发明带钢表面和中心处残余应力测量位置图；
图5是常规方法残余应力分布情况图；
图6是本发明残余应力分布情况图；
图7是实施例1所得钢卷的平整机开卷时的板形照片。
具体实施方式
所述500MPa级及以上的热连轧高强钢板形不良主要是因为带钢残余应力分布不均匀导致的，钢带内不均匀分布的应力超过屈服下限并引发塑形变形而产生板形不良缺陷；这包含带钢厚度方向和宽度方向。带钢残余应力的产生主要存在3个阶段：（1）精轧变形不均匀导致残余应力的产生；（2）带钢在精轧或卷取过程中发生相变，由于带钢厚度或者宽度方向上的冷速和温度不一样，导致带钢局部提前进入相变，不均匀相变引起的体积膨胀所产生的组织应力分布不均匀；（3）整个生产过程中由于带钢厚度方向、宽度方向的温差所产生的热应力。针对上述现象，提高带钢宽度、厚度方向温度和冷却速度的均匀性是解决问题的根本出发点。
本改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法的技术思路如下所述：
1、冷却浪形宏观形貌：
图1所示，冷却浪形缺陷宏观表现为开卷后，带钢两侧存在双边浪，集中在带钢70～200mm内，浪高10～20mm、浪长为500～1000mm；部分冷却强度特别大的钢种浪长可以达到2000m、浪高可以达到30～40mm；甚至表现为严重瓢曲。这种边部冷却浪形是由于横断面温度不均匀导致相变不同步，使得带钢某个区域率先发生相变导致体积膨胀产生相变应力。由于500MPa级以上高强钢冷速较大，导致温度和冷却不均匀现象更加严重，使得这种现象更加明显。当相变应力逐渐增大超过带钢此时的屈塑形极限时便会产生浪形，由于浪形的存在，使得层流冷却在带钢表面上的水分布不均匀。在产生浪形的浪高处，层流水会快速流动而过，冷却效率低，使得此处冷却强度低。由于浪形而存在的带钢低洼处，则会存在大量的积水和滞留水，使得冷却强度高。这种浪高浪低处严重的冷却不均匀现象，使得浪形缺陷越来越严重。而越来越严重的浪形，就越增加了冷却的不均匀性，进入了恶性循环当中。并且由于带钢在层流冷却过程中是运动的，速度是不恒定的，这使得带钢的冷却不均匀性更加难以保证。在相变前，温度的不均匀性会导致热应力的分布严重不均匀，这会促进浪形的产生。在相变后，带钢温度的不均匀使得浪形更加严重，并会在冷却完成后形成残余应力,并最终影响带钢板形。因此必须保证带钢在层流冷却过程中的温度和冷却的均匀性。采用粗轧投用保温罩和边部加热器，精轧工序关闭机架间水，加速度≤0.1m/s，整个精轧轧制过程中保证变形均匀化，无肉眼可见浪形，而且出精轧后空冷时间≥2s，这样就可以保证在进入层流冷却之前，带钢横断面的温度均匀性。根据厚度规格确定层流上下集管水量比，下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间，可以保证带钢在上下表面的温度和冷却均匀性；对带钢边部50～100mm进行间隔边部遮挡，减少边部温降，这样可以充分保证带钢横断面的温度和冷却均匀性；卷取后进行缓冷工序，可以达到一个低温回火的效果，让不均匀的残余应力得到释放使得均匀化，同时，减少带钢通卷的冷速差异，保证带钢通卷性能稳定性，提高带钢带钢的塑韧性。
2、温度均匀性情况：
所述500MPa级及以上卷取热轧高强钢终轧温度控制目标为850～900℃，其正常工艺下横断面温降最大可以达到120℃，在进入层流冷却后很快便呈现出了浪形。因此必须进可能减小精轧出口横断面温降。通过投用保温罩和边部加热器，可以减少中间坯边部温降，并通过感应加热技术对边部温度进行快速补偿，从而提高中间坯边部的温度。图2所示部分边部加热器温度补偿的效果图，由此图可以看出无温度补偿时，横断面温降达到了120℃；当边部加热器分别对中间坯温度补偿20、30和40℃时，边部温度逐渐升高，横断面温降也逐步减小至65℃。为了尽可能的减少精轧机轧制过程中带来的温度不均匀现象，制订了5种工艺冷却水投用方案，如表1所示。从表1可以看出来，当关闭机架间冷却水等工艺冷却水时，横断面平均温差最小。出精轧后，带钢横断面仍然存在一定的横断面温差，为了尽可能的保证冷却前的温度均匀性和降低横断面温差，使带钢在精轧后先空冷2s及以上，使得带钢可以进行一定的热传导和回温。在层流冷却过程中，根据不同的厚度设定不同的上下水比，下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间，保证带钢在上下表面的温度均匀性和带钢厚度方向上的冷却均匀性。由于带钢上表面的层冷冷却水都是从带钢边部流出，再加上冷却过程中的“边部效应”，使得带钢冷却过程中边部冷却强度大。为了减小带钢边部的冷却强度，适当对层流过程中的某几支水进行间隔边部遮挡，使得带钢边部50～100mm不直接承受层流冷却过程中的上喷淋水柱的冷却，进而减少边部温降，实现带钢在冷却过程中的温度均匀性和冷却均匀性。通常情况下，将带钢冷却至卷取温度后，其横断面温差可以达到106℃，如图3所示。采用此方法后，卷取时其横断面温度为40～60℃。
表1：工艺冷却水投用方案
3、本方法设计思路：
本方法主要从热轧工序入手，通过提高带钢边部温度、降低横断面温降，从而保证带钢在冷却过程中的温度和冷却均匀性，获得改善500MPa级及以上卷取热轧高强钢板形的方法。粗轧投用保温罩和边部加热器，边部加热器对带钢两侧边部20～70mm进行40～70℃边部温度补偿，保证中间坯横断面的温度均匀性。精轧工序关闭机架间冷却水等工艺冷却水，加速度≤0.1m/s，保证带钢在F7出口的温度均匀性，减小横断面温降。出精轧后空冷时间≥2s，使得带钢可以进行一定程度的热传导和带钢边部回温，保证带钢在进入冷却前的温度均匀性。整个精轧轧制过程中各个机架无肉眼可见浪形，可以保证带钢的变形均匀，较少由于变形不均匀而产生的应力不均匀现象。层流冷却过程中，根据带钢厚度确定层流上下集管水量比，下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间，可以保证带钢上下表面的温度均匀性和厚度方向上的冷却均匀性；对带钢边部50～100mm进行间隔边部遮挡，减少边部冷却强度和温降，可以保证带钢在冷却过程中的温度和冷却均匀性。卷取后入缓冷区缓冷，要求至少缓冷2天或者测量最高温度≤80℃；以达到一个低温回火的效果，让不均匀的残余应力得到释放使得均匀化，同时，减少带钢通卷的冷速差异，保证带钢通卷性能稳定性，提高带钢带钢的塑韧性。
4、残余应力情况：
对700MPa级某钢种10*1700mm进行了带钢表面和中心处残余应力测量；测量位置如示意图4所示，测量点分别布置在带钢的边部、1/2、1/4、1/8位置，每点从轧向方向进行测试。未采用本方法前，其残余应力分布情况如图5所示，整体表现为边部受压应力，中部受拉应力，且边部残余应力较带钢宽度1/2残余应力大。表面残余应力整体小于带钢中心残余应力。残余应力最大值可以达到-235MPa，残余应力差可以达到200MPa。而采用本方法后，残余应力明显有所减小，如图6所示，残余应力最大值为-155MPa,残余应力差最大为105MPa；且开卷后带钢板形明显好转。
未采用本方法前，500MPa级及以上卷取热轧高强钢精轧出口横断面温差为80～120℃；卷取入口横断面温差为70～90℃，残余应力最大能达到235MPa，残余应力差最大能达到200MPa，导致开卷时边浪严重，或者用户在加工时呈现出的纵切裁条侧弯、两头上翘等板形问题。采用本方法后，500MPa级及以上卷取热轧高强钢精轧出口横断面温差为30～60℃；卷取入口横断面温差为40～60℃，残余应力差最大仅为105MPa。热连轧高强钢板形不良缺陷发生率≤0.9%，合格率≥99.1%，质量异议同比减少70%。
实施例1-10：本改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法具体如下所述。
（1）生产的带钢厚度为2.5～16mm、宽度为1000～2000mm。各实施例所述钢种以及其厚度和宽度见表2。
（2）粗轧工序：投用保温罩和边部加热器，边部加热器对两侧边部20～70mm进行40～70℃边部温度补偿。各实施例所述粗轧的工艺参数见表2。
（3）精轧工序：根据需要尽可能多关闭机架间冷却水，关闭全部机架间冷却水等工艺冷却水，更有利于带钢横断面温度的均匀性。实施例所采用的精轧机架为F1-F7共7架，故关闭F1-F7机架间冷却水，精轧穿带后的加速度≤0.1m/s；整个精轧轧制过程中保证变形均匀化，无肉眼可见浪形。各实施例所述精轧的工艺参数见表2。
（4）层流冷却工序：出精轧后在进入层流冷却前空冷≥2s，下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间；对带钢边部50～100mm进行间隔边部遮挡，减少边部温降。由于层流冷却方式不同，故遮挡位置有所区别，原则为：①尽可能在前部进行遮挡；②观察在冷却过程中带钢边部两侧的颜色分布确定两侧温度和遮挡宽度；③观察冷却过程中两侧的浪形，如果出现单边浪，则进行非对称遮挡，对浪形一侧进行更多的边部遮挡。各实施例所述层流冷却的工艺参数见表3。
（5）卷取工序：卷取入口横断面温差为40～60℃。各实施例所述卷取的工艺参数见表3。
（6）缓冷工序：卷取后入缓冷区缓冷，要求至少缓冷2天或者测量最高温度≤80℃。各实施例所述缓冷的工艺参数见表3。
表2：各实施例所述粗轧和精轧的工艺参数
表3：各实施例所述层流冷却至缓冷的工艺参数
（7）各实施例生产的热轧高强钢带钢在平整生产时，开卷时板形良好，两侧无双边浪缺陷产生，实施例1所得带钢的板形见图7。
Claims (4)
1.一种改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法，其特征在于，其包括粗轧、精轧、层流冷却、卷取和缓冷工序，各工序工艺如下所述：
所述粗轧工序：粗轧投用保温罩和边部加热器；
所述精轧工序：关闭机架间冷却水，加速度≤0.1m/s；
所述层流冷却工序：在出精轧后、进入层流冷却前，空冷时间≥2s；下集管水量水/上集管水量控制在1.0～1.5之间；对带钢边部进行间隔边部遮挡；
缓冷工序：至少缓冷2天或者测量最高温度≤80℃。
2.根据权利要求1所述的改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法，其特征在于：所述粗轧工序，采用边部加热器对两侧边部20～70mm进行40～70℃边部温度补偿。
3.根据权利要求1所述的改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法，其特征在于：所述层流冷却工序，对带钢边部50～100mm进行间隔边部遮挡。
4.根据权利要求1、2或3所述的改善500MPa级及以上热连轧高强钢板形的方法，其特征在于：所述方法生产的带钢厚度为2.5～16mm、宽度为1000～2000mm。
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