CN1142038C - 用于制造热轧带材和板材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一在一生产设备中制造热轧带材的板材的方法,该生产设备由一板坯连续铸造设备、一氧化皮清洗机、一具有或没有一体的镦粗机的单机架或多机架轧机组、一冷却段、一加热炉和一斯蒂克尔轧机组成,板坯的厚度为100~180mm。此时,在连续铸造设备与加热炉之间仅仅在线地变形最初已经去掉氧化皮的板坯的靠近表面的外层,并在变形以后再结晶,接着多段地冷却至一低于Ar3转变点的温度,并且暂时保持,直至再结晶的细晶粒奥氏体变为铁素体/珠光体的组织转变结束。
Description
技术领域
本发明涉及用于在一生产设备中制造热轧带材和板材的方法,该生产设备由一板坯连续铸造设备、一加热炉和一斯蒂克尔轧机组成,板坯的厚度为100~180mm,从连续铸造设备出来的出口温度超过1000℃。
背景技术
在一以名为FFM(通用扁材轧机)的尽人皆知的既用于制造热轧带材,也用于制造板材的生产设备中,厚度100~180mm的板坯用一辊道直接从连续铸造设备被运输至加热炉,趁热放入并加热,并在离开加热炉以后在一单机架或多机架斯蒂克尔轧机中轧制成一种带材或多种板材。
板坯在离开连续铸造设备后的温度通常为1000~1150℃之间,并在其在辊道上被运输至加热炉时下降。趁热加入加热炉是在温度为750~950℃之间进行的。在加热炉中,板坯沿厚度、宽度和长度被均匀地加热至与材料有关的温度1050~1280℃。
说明趁热加入的特性的是这样的事实,即在轧机中第一次变形之前,如果在板坯从连续铸造设备输送至加热炉时,表面温度不低于或只略低于和短期低于转变温度,则沿板坯厚度在靠近表面的区域不产生或只产生很少的奥氏体/珠光体转变。随着板坯凝固产生的粗晶粒初次奥氏体大部分保留,直至在轧机中变形。奥氏体晶粒尺寸在加热炉中可取决于材料和根据加热技术还会长大。
与冷加入相比,趁热加入的方法导致在该加热过程中节约加热能量和加热时间。
上述趁热加入的方法已经证明适合于含铜量少于0.3%的钢。在钢中的含铜量较高时,在加热炉中在起皮时游离的铜沉积在初次奥氏体的晶界上。根据铜的含量、加热温度和起氧化皮,这种在晶界上的铜沉积在轧机中变形时可造成其形式为网状裂纹的材料分离。
在EP 0686702 A1中,为了解决在薄板坯铸件轧制设备中也会产生的问题,建议将40~70mm厚的薄板坯的表面在一布置在连续铸造设备的后面的冷却段中如此降低至一低于Ar3-温度的温度,以使在辊底式炉中重新加热后,在至少为2mm深的靠近表面的区域至少有70%的奥氏体组织转变为铁素体/珠光体,并且奥氏体晶界有新的取向。在冷却段中冷却时,平均表面温度不应当低于各自的材料质量的马氏体阈值。
总体来说可以确定,按现有技术,在轧制钢锭、钢坯和板坯时,如果将趁热加入的方法用在加热炉中,作为与连续铸造设备与轧机的直接结合,就要产生一定的化学成份裂纹或材料分离。
在JP 59-189001中建议,对于含有5~100ppm的硼、0.03%~0.15%的硫和0.5%~2.0%的硅的碳钢钢坯,在连续铸造设备与加热炉之间的区域中,同样有靠近表面的外层的快速冷却,以避免在轧制时在轧制件中出现裂纹。
在EP 0587150 A1中认为,趁热加入时的AlN离析是含有0.008%~0.030%的N和0.03~0.25%的Pb的铝镇静钢在轧制时在轧制件中产生裂纹的原因。推荐对大钢坯的靠近表面的外层进行快速冷却,在贝氏体区产生组织转变,以阻止AlN离析。快速冷却在连续铸造设备与加热炉之间进行。
在美国专利5634512中认为,在趁热加入时,Al、V和N的离析是大钢坯、钢坯和板坯产生裂纹的原因,它是由于在空气中冷却时的拉伸应力引起的。建议同样使靠近表面的至少为10mm的外层快速冷却至400℃,接着通过以后从芯部区域流出的热在900℃自退火。用于快速冷却的装置位于连续铸造设备与加热炉之间。设置冷却装置的针对材料特性的控制与调节设备。
所描述的技术现状是共同的,即在工艺路线连续铸造设备—加热炉/均热炉—轧机中采用趁热加入而造成裂纹和材料分离的固有原因、过程和机理至今还未能清楚地说明。只是提供了多种上述原因的组合的可能性。不过,在现有技术水平中,通常都建议,快速冷却连续铸造材料的靠近表面的外层至低于转变温度,接着通过以后从芯部流出的热退火。如同在图1a中所绘出的表示现有技术水平的曲线所指出的那样,在所有上述专利中都提出了表面温度局部低于马氏体阈值的危险性。图1a示出了表面温度随时间的变化。
按现有技术水平,建议将用于快速冷却的装置的位置设在连续铸造设备与加热炉或均热炉之间。如同在图1b和2中同样在变化曲线中所绘出的表示现有技术水平的曲线所指出的那样,靠近表面的外层的部分转变为铁素体/珠光体是与奥氏体晶界在重新加热后的晶粒细化和新取向有联系的。
试验研究进一步指出,在铜含量大于0.3%和含铝0.02%~0.05%。含N 0.008%~0.020%以及铜/镍比大于3的钢中,尽管在连续铸造设备之后和在放入加热炉之前,板坯的靠近表面层快速冷却并产生部分的组织转变,但是板坯在以后轧制成板材时仍然会产生裂纹或材料分离。
发明内容
本发明的目的为,保证在一上述类型的联合的热轧带材/板材生产设备中,能无缺陷地加工即使是高Cu、Al和N含量的钢。
按照本发明,建议在连续铸造设备与加热炉之间仅仅在线地变形最初已经去掉氧化皮的板坯的靠近表面的外层,并在变形以后和变形期间再结晶,接着多段地冷却至一低于Ar3转变点的温度,并且暂时保持,直至再结晶的细晶粒奥氏体变为铁素体/珠光体的组织转变结束。
这在设备技术上意味着,在将板坯放入加热炉之前,要经历一表面变形组,它由氧化皮清洗机、一具有或没有一体的镦粗机的单机架或多机架轧机组和一可控制的并可调节的冷却段。在氧化皮清洗机中,表面被完全去掉氧化皮。
在本发明的一个改造中规定,按5%~15%的总压下量和小于0.8的直径优化的辊隙比ld/hm变形板坯。轧制速度对应于铸造速度。通过轧辊直径和压下量的优化,前面推荐的由加压的长度与平均的轧制件厚度构成的辊隙比要如此调整,以使按照本发明的另一特征,通过选择压下量和辊隙比,靠近表面的区域相当于一其最大为板坯厚度的四分之一的厚度,而芯部区仍然几乎不变形。
附图说明
由附图可以更直观地进一步了解本发明的技术方案及其具体的有利设计。为便于理解和比较,附图清楚地表示出本发明的方法以及现有技术的相应曲线,其中本发明对应于虚线、现有技术对应于实线,并且
图1a为表面温度随时间的变化曲线;
图1b为晶粒尺寸随时间的变化曲线;
图2为铁素体/奥氏体-晶粒尺寸曲线。
具体实施方式
在本发明的方法中,通过变形,在轧机组的各个机架的辊隙中,连续铸造材料的靠近表面的区域根据变形条件部分到全部动态地再结晶。在从轧机组的各个机架的辊隙出来以后,轧制件的已经变形的靠近表面的外层产生部分的至全部的静态再结晶。图1a用虚线示出了靠近表面的区域的温度变化。通过动态的和静态的再结晶,实现靠近表面的外层的晶粒细化(参看图1b,虚线),也就是说,粗晶粒的初次奥氏体转变为轧制后的细晶粒组织。
为了避免靠近表面的外层的晶粒由于仍然还高的850~1050℃的温度而长大,在再结晶结束以后将其在冷却段中分段冷却。在该冷却中,同时要低于Ar3转变温度,由此,与传统的方法1相比,靠近表面的外层的通过轧制再结晶并细化的晶粒明显地转变得更快并且转变成还要细的铁素体/珠光体组织(参看图1和2)。按照本发明,由多个喷嘴组组成的冷却段的强度要如此控制和调节,以使板坯的表面温度既不达到贝氏体区,也不低于各自的材料质量的马氏体阈值。
靠近表面的外层的多段冷却要进行至直至再结晶的和细化的奥氏体晶粒实现100%转变成铁素体/珠光体。对此,预先规定,控制系统与调节系统根据各个板坯厚度和铸造速度、靠近表面的外层的平均温度,在保持为100%的组织转变所必需的冷却温度和冷却时间以及各个材料质量的贝氏体起始温度和马氏体起始温度的情况下,调节冷却段的喷嘴组的中间压力。
通过靠近表面的外层的变形与低于Ar3转变温度的分段冷却的综合,与传统的方法(参看图1b)相比,形成一明显的细晶粒铁素体/珠光体组织,一直到将板坯放入加热炉为止。由此,在重新加热时,由于组织转变,还得到一具有明显的细晶粒奥氏体晶界的完全的新取向。
通过在明显的细晶粒奥氏体晶界的完全的重新取向可以将带有大于0.3%的铜含量和添加有Al和N以及铜/镍比大于3的钢趁热放入所述的生产设备中进行加工。
Claims (4)
1.用于在一生产设备中制造热轧带材和板材的方法,该生产设备由一板坯连续铸造设备、一氧化皮清洗机、一具有或没有一体的镦粗机的单机架或多机架轧机组、一冷却段、一加热炉和一斯蒂克尔轧机组成,所述的板坯的厚度为100~180mm,其特征为,
在连续铸造设备与加热炉之间仅仅在线地变形最初已经去掉氧化皮的板坯的靠近表面的外层,并在变形时以及变形之后进行再结晶,接着多段地冷却至一低于Ar3转变点的温度,并且暂时保持,直至再结晶的细晶粒奥氏体变为铁素体/珠光体的组织转变结束。
2.如权利要求1的方法,其特征为,按5%~15%的总压下量和小于0.8的直径优化的辊隙比ld/hm变形板坯。
3.如权利要求1的方法,其特征为,由多个喷嘴组组成的冷却段的强度要如此控制和调节,以使得板坯的表面温度既不达到贝氏体区,也不低于各自的材料质量的马氏体阈值。
4.如权利要求1或3的方法,其特征为,控制系统与调节系统根据各个板坯厚度和铸造速度、靠近表面的外层的平均温度,在保持为100%的组织转变所必需的冷却温度和冷却时间以及各个材料质量的贝氏体起始温度和马氏体起始温度的情况下,调节冷却段的喷嘴组的中间压力。
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