CN113787098B - 一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，属于冶金板材生产技术领域。本发明通过热卷要求、轧制工艺、激光焊接工艺、拉矫工艺、酸洗工艺的合理设计，在设计轧制力且电机额定功率不高的酸轧机组之上实现了780MPa级微合金化高强度钢的工业生产。本发明的酸洗冷轧方法，简单易操作，既能避免设备改造，又能保证带钢连续退火热处理以后抗拉强度达到780～920MPa。
Description
技术领域
本发明属于冶金板材生产技术领域，更具体地说，涉及一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法。
背景技术
众所周知，冷轧汽车板产品的工业化流程一般为冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→热处理，技术装备条件不同，产品的成分和工艺也有所不同。然而，汽车轻量化在碰撞安全性和节能减排趋势下不断迭代升级，汽车制造商越来越青睐于强度更高的汽车板产品。当前，对于抗拉强度780MPa级的超高强度钢，典型牌号就有HC420/780DP、HC500/780DP、HC420/780DH、HC420/780TR、HC570/780CP。为了达到所需的强度等级，钢铁企业现行的措施是添加大量的合金元素，但是随之而来的便是酸轧难度加大问题。
同时，为了应对汽车零部件结构日益复杂的挑战，抗拉强度780MPa级高强度钢的成形性能也需要持续提升。现有技术中就有热轧工序的低温卷取方案，例如CN 111455285A提到的520～580℃卷取实现晶粒细化。但是势必提高产品的热卷强度，从而增加后续轧制难度。本申请发明人在生产实践中发现，成分设计和热轧工艺对酸轧原料(热轧卷)的强度影响很大，即使酸轧机组的设计轧制力达到3200t，电机额定功率达到7000kw，也仍然存在轧制力和电机功率超限的风险。倘若酸轧机组的设计轧制力或电机额定功率偏小时，轧制事故更是频繁，甚至对设备造成破坏。经检索，针对超高强钢酸轧难度大的问题，鲜有成分-组织－设备-工艺的综合解决方案，现有酸洗冷轧技术中关注更多的是轧制力计算模型和具体的酸轧工艺，如陈军[陈军.冷连轧机高强钢轧制力计算模型的研究和应用[J].宝钢技术，2017，(2):68-72.]阐述了Bland-Ford-Hill轧制力计算模型、变形抗力计算模型、摩擦因数计算模型，并揭示了轧制速度、总压下率、机架压下率、工作辊直径、机架前后张力影响轧制力的基本规律，为解决超高强钢轧制力的超限问题提供了一定的指导。
又如中国专利公开号为CN105251768A，公开日为2016年1月20日，公开了一种极薄冷轧镀锡原板轧制方法，该发明通过机架压下率、张力制度、弯辊制度、轧辊粗糙度、乳化液浓度的合理设定，实现了入口宽度为800～850mm、入口厚度为1.7～1.8mm、轧制厚度为0.17～0.18mm的极薄极窄的冷轧镀锡板生产，轧后板形优良。该发明解决的是在酸轧生产极薄冷轧镀锡板的过程中，如何提高轧制速度、释放产能、保证板形的问题。然而，具体到特定的抗拉强度780MPa级高强度钢、特定的生产设备，成分-组织－设备-工艺如何匹配，如何解决轧制力和电机功率的超限风险依旧不清楚。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中设备能力偏小的酸轧机组难以与抗拉强度780MPa级高强度钢的轧制要求相匹配的问题，本发明提供一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，通过原料、压下、辊径、轧制速度的合理设计，从而实现780MPa级高强度钢的酸轧生产。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，酸轧机组采用六辊五机架连轧，所述酸轧机组，F1～F5机架的设计轧制力为2000～2200t，F1机架的主电机额定功率为4000～4500kw，F2～F4机架的主电机额定功率为4500～5500kw，F5机架的主电机额定功率为3000～5500kw；
进一步地，F5机架的工作辊为毛化辊。
所述酸洗冷轧方法的生产步骤包括开卷、焊接、拉矫、酸洗、轧制和卷取；
所述轧制步骤，总压下量为1.2～2.1mm，总压下率为45～70％，F1～F5机架的压下率依次为16～26％、15～26％、14～26％、12～26％、0.5～3.0％，成品厚度为0.6～2.5mm；
F1～F5机架的工作辊直径为360mm≤D≤450mm，最大轧制速度≤550m/min。
所述抗拉强度780MPa级高强度钢的生产步骤包括冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧和热处理，酸轧原料为热轧卷，所述热轧卷的抗拉强度660～760MPa，屈强比0.85～0.90，热处理以后，抗拉强度为780～920MPa。
其中，值得说明的是，高强度钢的生产步骤包括冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧和热处理，在所述酸洗冷轧步骤中，包括开卷、焊接、拉矫、酸洗、轧制和卷取生产步骤。
进一步地，热轧卷的化学成分质量分数满足Mo≤0.2％，B≤0.002％，0.02≤Nb+Ti+V≤0.07％，微观组织主要为铁素体+珠光体，允许包含体积分数<5％的贝氏体。
进一步地，酸轧机组采用了自动化控制系统，生产之前需要完善轧制力模型系统，其中静态变形抗力Ks采用以下方程进行维护，并且根据F1～F5机架的工作辊直径和压下率要求，对轧制力模型系统的相关底层参数进行适应性的优化设定，以更好地分配F1～F5机架的轧制负荷，
Ks＝L×(εi+m)n
其中，L、m、n为模型参数，L＝100～120，m＝0.01～0.05,n＝0.07～0.10，；εi为平均变形率，
hi-1、hi分别为每个机架的出入口厚度，h0为热轧卷厚度；i为机架号，i＝1，2，3，4，5。
进一步地，所述轧制步骤，乳化液温度45～60℃，一至四机架的乳化液浓度2.5～4.5％，第五机架的乳化液浓度≤0.7％，乳化液皂化值≥150mgKOH/g，乳化液PH值4.0～7.0。
所述开卷步骤，切除头尾厚度和温度波动的缺陷部位，切除长度3～10m。
所述焊接步骤，采用激光焊接工艺，焊前预热处理，预热电流60～90A，接头形式为对接接头，激光功率1～1.5KW，焊接速度3.5～8.0m/min，送丝速度0～8.0m/min，焊后退火处理，退火电流120～180A。
所述拉矫步骤，矫直延伸率0.5～2.0％。
所述酸洗步骤，酸槽酸液温度75～90℃，酸洗速度30～270m/min，抑制剂添加比为酸液的0.5～2％，漂洗水温度≥45℃。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明针对780MPa级微合金化高强度钢不易酸轧的问题，通过规范原料组织性能，合理设计压下规程、辊径大小、最大轧制速度以及变形抗力模型，在设计轧制力且电机额定功率不高的酸轧机组之上实现780MPa级微合金化高强度钢的工业生产。而且，本发明的酸洗冷轧方法，简单易操作，既保证了产品性能，又避免了设备改造。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。
图1为实施例1的热轧卷扫描组织图；
图2为实施例1的轧硬卷金相组织。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
为了提高780MPa级高强度钢的成形性能，钢铁企业现行的措施往往采用微合金化成分设计，微合金化元素的加入，大大提高了带钢的轧制难度。对于设计轧制力且电机额定功率不高的酸轧机组，更是尤为困难。设备改造费用大，一味降低总压下量，热处理后产品性能无法保证。因此，本发明提供了一种780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法。
780MPa级高强度钢的酸轧难度，很大程度上取决于原料热轧卷的组织性能，贝氏体或马氏体占比高，势必提高带钢强度，因此将热轧卷的贝氏体的体积分数限定在<5％，抗拉强度和屈强比依次限定为660～760MPa和0.85～0.90。
实施例中酸轧机组，F1～F5机架的设计轧制力为2000～2200t，F1机架的主电机额定功率为3800～4500kw，F2～F4机架的主电机额定功率为4500～5500kw，F5机架的主电机额定功率为3000～5500kw。酸轧机组的设计轧制力和电机额定功率较低。
本领域技术人员应该知晓，压下率降低，轧制难度降低。然而，本申请发明人在生产实践中发现，压下率对780MPa级高强度钢组织性能有很大的影响，但并不能一味地降低。为了保证变形储能，又降低轧机负荷，采用了1.2～2.1mm的总压下量和45～70％总压下率。
设计轧制力和电机额定功率是代表酸洗冷轧机组设备能力的重要指标。对于特定的热轧卷，影响带钢冷轧的因素有张力设定、辊径大小、机架压下率、轧制速度、总压下率、带钢宽度、摩擦系数等。然而，本申请发明人通过实践分析发现：一条酸轧机组，实际要生产的品种和规格非常繁杂。为了保证轧制稳定性，张力设定不能进行大的调整。对于一定浓度的乳化液，摩擦系数的变化也不大。只有总压下率、辊径大小、轧制速度、机架压下率的调整较为适宜且方便。当然，辊径不能过小，否则生产过程中容易产生水平弯曲，板形难以控制，甚至引起轧制事故。因此，本发明将总压下量限定为1.2～2.1mm，总压下率限定为45～70％，F1～F5机架的压下率依次限定为16～26％、15～26％、14～26％、12～26％、0.5～3.0％，工作辊的直径限定为360mm≤D≤450mm，最大轧制速度限定为≤550m/min。
轧制力的计算精度也十分关键，影响着厚度和板形的控制，甚至影响着轧制顺行。本发明通过合理设置变形抗力模型，有效地提高了轧制力的计算精度。
同时，780MPa级高强度钢的合金含量高，容易出现热轧卷焊接不良，引起生产过程中的断带事故。本发明通过焊前预热处理和焊后退火处理，提高了焊接优良率。
酸洗冷轧一般按照以下步骤进行：
1)开卷，切除头尾缺陷部位，切除长度3～10m；
2)焊接，采用激光焊接工艺，焊前预热处理，预热电流60～90A，接头形式为对接接头，激光功率1～1.5KW，焊接速度3.5～8.0m/min，送丝速度0～8.0m/min，焊后退火处理，退火电流120～180A；
3)拉矫，矫直延伸率0.5～2.0％；
4)酸洗，酸槽酸液温度75～90℃，酸洗速度30～270m/min，抑制剂添加比为酸液的0.5～2％，漂洗水温度≥45℃；
5)轧制，成品厚度0.6～2.5mm，总压下量1.2～2.1mm，总压下率45～70％，F1～F5机架的压下率依次为16～26％、15～26％、14～26％、12～26％、0.5～3.0％，F1～F5机架的工作辊直径360mm≤D≤450mm，最大轧制速度≤550m/min。乳化液温度45～60℃，一至四机架的乳化液浓度2.5～4.5％，第五机架的乳化液浓度≤0.7％，乳化液皂化值≥150mgKOH/g，乳化液PH值4.0～7.0；
6)卷取，获得抗拉强度780MPa级高强度钢的轧硬卷。
优选地，轧制力模型系统中静态变形抗力Ks采用以下方程进行维护，
Ks＝L×(εi+m)n
其中，L、m、n为模型参数，L＝100～120，m＝0.01～0.05,n＝0.07～0.10，；εi为平均变形率，
hi-1、hi分别为每个机架的出入口厚度，h0为热轧卷厚度；i为机架号，i＝1，2，3，4，5。
值得说明的是，模型参数L、m、n为经验值，需要根据生产实绩进行优化调整，接受条件为：实际轧制力和计算轧制力的比值处于0.85～1.15区间。
实施例1～3的具体的参数如表1所示，实施例1～3中实际测得的轧制力和电机功率如表2所示。
表1实施例1-3的参数
表1实施例1-3中实际测得的轧制结果
结合图1和图2结果显示，本发明780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法适应性好，酸轧顺利，表面质量以及板形良好，在设计轧制力且电机额定功率偏小的酸轧机组之上实现780MPa级微合金化高强度钢的工业生产。
Claims (4)
1.一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，酸轧机组采用六辊五机架连轧，其特征在于，所述酸轧机组，F1~F5机架的设计轧制力为2000~2200t，F1机架的主电机额定功率为4000~4500kw，F2~F4机架的主电机额定功率为4500~5500kw，F5机架的主电机额定功率为3000~5500kw；
所述酸洗冷轧方法的生产步骤包括开卷、焊接、拉矫、酸洗、轧制和卷取；
所述轧制步骤，总压下量为1.2~2.1mm，总压下率为45~70%，F1~F5机架的压下率依次为16~26%、15~26%、14~26%、12~26%、0.5~3.0%，成品厚度为0.6~2.5mm；
F1~F5机架的工作辊直径为360mm≤D≤450mm，最大轧制速度≤550m/min；
轧制力模型系统中静态变形抗力Ks采用以下方程进行维护：
其中，L、m、n为模型参数，L=100~120，m=0.01~0.05，n=0.07~0.10；ɛi为平均变形率，
，h i-1 、h i 分别为每个机架的出入口厚度，h 0为热轧卷厚度；i为机架
号，i=1，2，3，4，5；
所述焊接步骤，采用激光焊接工艺，焊前预热处理，预热电流60~90A，接头形式为对接接头，激光功率1~1.5KW，焊接速度3.5~8.0m/min，送丝速度0~8.0m/min，焊后退火处理，退火电流120~180A；
所述拉矫步骤，矫直延伸率0.5~2.0%；
所述酸洗步骤，酸槽酸液温度75~90℃，酸洗速度30~270m/min，抑制剂添加比为酸液的0.5~2%，漂洗水温度≥45℃；
所述酸洗冷轧的原料为热轧卷，热轧卷的化学成分质量分数满足Mo≤0.2%，B≤0.002%，0.02≤Nb+Ti+V≤0.07%，微观组织主要为铁素体+珠光体，允许包含体积分数<5%的贝氏体。
2.根据权利要求1所述一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，其特征在于，所述热轧卷的抗拉强度660~760MPa，屈强比0.85~0.90。
3.根据权利要求1所述一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，其特征在于，所述轧制步骤，乳化液温度45~60℃，一至四机架的乳化液浓度2.5~4.5%，第五机架的乳化液浓度≤0.7%，乳化液皂化值≥150mgKOH/g，乳化液PH值4.0~7.0。
4.根据权利要求1所述一种抗拉强度780MPa级高强度钢的酸洗冷轧方法，其特征在于，所述开卷步骤，切除头尾厚度和温度波动的缺陷部位，切除长度3~10m。
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