CN114618883A - 一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的方法，主要解决现有厚度为1.5～8.0mm、屈服强度为500～700MPa级热轧钢板力学性能不均匀、通板屈服强度和抗拉强度的极差值大的技术问题。技术方案为，一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，轧线上设备包括，加热炉、1#除鳞箱、粗轧机R1、粗轧机R2、热卷箱系统、飞剪、2#除鳞箱、七机架精轧机F1～F7、层流冷却系统、轧机附属的除鳞水以及冷却水系统、卷取机和缓冷库，包括：连铸板坯加热和除磷；粗轧；中间坯卷取；精轧；热轧钢板层流冷却和卷取；热轧钢卷缓冷。本发明热轧钢板通板的屈服强度极差值≤50MPa。

Description

一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的方法
技术领域
本发明涉及一种微合金高强钢生产技术，特别涉及一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的方法；具体而言，涉及提高厚度为1.5～8.0mm、屈服强度为500～700MPa级热轧钢板力学性能均匀性的方法，属于钢铁冶金、压延加工技术领域。
背景技术
热连轧微合金高强钢广泛应用于工程机械、汽车、管线、集装箱等行业，主要利用Nb、V、Ti等微合金元素的析出强化来提高强度，而Nb、V、Ti等微合金C、N化物析出的数量和尺寸，受钢板温度的影响较大。热连轧生产过程中，板坯加热、中间坯待温等会导致头尾，以及边部和中部产生较大的温差。除鳞水、机架间冷却水、层流冷却水等对热连轧带钢的冷却会使这种温差进一步加剧，从而导致热连轧高强钢通板头、尾，以及边部和中部性能波动较大，如屈服强度和抗拉强度极差值达到100MPa以上。
文献《热轧U型冷却工艺对冷轧带钢性能均匀性的影响》(胡华东等，金属世界，2018，6：70～73)介绍了热轧U型冷却工艺，采用热轧卷取为头尾温度高于中部温度20～70℃，显著改善钢卷全长性能一致性，使冷轧后的低碳钢头、中、尾屈服强度波动极值控制在20MPa以内，双相钢可以控制在30MPa以内。
文献《Ti微合金化700MPa级高强钢性能均匀性研究》(潘辉等，轧钢，2017，34(2)：7～9，13)同样介绍了采用U形冷却工艺，将钢卷最内圈15m内的带钢卷取温度提高15～20℃，将最外圈15m内的带钢卷取温度提高10～15℃，可使钢卷最内圈强度提高约40MPa，钢卷最外圈强度提高约20MPa，有效改善了带钢通卷性能均匀性，提高了通卷性能合格率。
申请公布号为CN102851474A的中国专利公开了一种提高带钢通卷力学性能均匀性的生产方法，采用U型卷取工艺对卷取温度进行控制，头部30m和尾部40m为730±20℃，中间段为680±20℃。方法通过优化钢带的热轧过程工艺参数，能够获得具有尺寸和性能均匀的优质钢带。
申请公布号为CN103031419A的中国专利公开了一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方法，将Ti添加量为0.07％～0.14％的高强钢，中间坯进行边部加热(温度提高0～150℃)，热轧板进行U形冷却(钢卷最内圈15m内的带钢卷取温度提高15～20℃，将最外圈15m内的带钢卷取温度提高10～15℃)。通过中间坯边部感应加热，改善了最终产品沿横向性能均匀性，U形冷却模式，改善了最终产品沿轧制方向的性能均匀性，提高了综合成材率。
申请公布号为CN107824619A的中国专利公开了一种提高带钢性能均匀性的方法，在带钢的同一宽度方向上采用阶梯冷却方式，从距带钢边部120～200mm处开始向边部梯度减少层流水流量，每间隔30～60mm层流水流量递减2％～6％。从而实现在同一宽度方向上带钢力学性能均匀，使带钢在宽度方向上可加工性良好。
申请公布号为CN107983784A的中国专利公开了一种提高热轧钢板性能均匀性的方法，在采用超快速冷却系统对热轧钢板进行冷却时，控制钢板分段冷却、分段头尾遮蔽。开启超快速冷却系统第1-24组集管中两段连续的若干组集管，即水冷一段和水冷二段，两水冷段之间间隔的集管不开启作为空冷段，分段冷却时，钢板经过水冷—空冷—水冷的过程，实现对温度和组织的调控；在两水冷段进行不同距离和程度的头尾遮蔽，即分段头尾遮蔽，以消除钢板纵向温差。采用此方法后，钢板头尾部与中部温差≤20℃，钢板性能均匀，同板屈服强度波动≤32MPa，屈强比稳定在0.75～0.85。
因此，现有公开技术中大都是通过U型卷取工艺，提高带钢温度均匀性，实现带钢性能均匀性。专利申请号201210567654.3在此基础上，进一步通过对中间坯边部加热改善横向性能均匀性。专利申请号201711014390.8则采用阶梯冷却方式梯度减少层流水改善宽度方向带钢力学性能。现有技术中主要控制冷却过程中头尾，以及边部温降，提高带钢性能均匀性。热连轧实际生产过程中，带钢在轧制、冷却，以及卷取后堆冷等阶段均存在头尾和边部冷却过快、与中部温差大的问题，进一步影响到组织转变和微合金元素的析出，导致带钢通板强度波动大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的方法，主要解决现有厚度为1.5～8.0mm、屈服强度为500～700MPa级热轧钢板力学性能不均匀、通板屈服强度和抗拉强度的极差值大的技术问题；本发明方法实现了热轧钢板的头部、尾部、边部与中部力学性能的均匀、通板强度极差值小。
本发明方法生产的厚度为1.5～8.0mm、屈服强度为500～700MPa级热轧钢板，热轧钢板通板的屈服强度极差值≤50MPa、抗拉强度极差值≤50MPa、断后伸长率极差值≤4％；满足工程机械、汽车、管线、集装箱等行业对热连轧高强带钢性能均匀性的需求，满足成型、加工要求，并进一步减少头尾和边部切损，提高成材率。
本发明采用的技术方案是，一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，轧线上设备包括，加热炉、1#除鳞箱、粗轧机R1、粗轧机R2、热卷箱系统、飞剪、2#除鳞箱、七机架精轧机F1～F7、层流冷却系统、轧机附属的除鳞水以及冷却水系统、卷取机和缓冷库，具体包括以下步骤：
1)连铸板坯加热和除磷，用加热炉对厚度为210～230mm的微合金高强钢连铸板坯进行加热处理，加热温度为1200～1260℃，通过运输辊道将加热后的连铸板坯输送至1#除磷箱进行除鳞；
2)粗轧，用粗轧机R1和R2对除鳞后的连铸板坯进行6道次粗轧得到中间坯，中间坯厚度为32～50mm，所述的6道次粗轧为“1+5”道次或者“3+3”道次；
3)中间坯卷取，用热卷箱对中间坯进行卷取得到中间坯卷；
4)精轧，用开卷装置对中间坯卷进行开卷，用精轧机F1～F7对开卷后的中间坯进行七道次连续轧制，得到厚度为1.5～8.0mm热轧钢板；精轧机F1～F2、F2～F3、F3～F4三组机架间除磷水投用，精轧机F4～F5、F5～F6、F6～F7三组机架间冷却水关闭；
5)热轧钢板层流冷却和卷取，所述的层流冷却采用U型冷却，热轧钢板的头部和尾部的长度均为10～40m，热轧钢板的头部和尾部的卷取温度比热轧钢板目标卷取温度高20～40℃；层流冷却后的热轧钢板经卷取得到热轧钢卷；
6)热轧钢卷缓冷，将热轧钢卷移至缓冷库内进行缓慢冷却，热轧钢卷缓冷时间为40～54h，冷却速率为3～5℃/h；当热轧钢卷温度≤200℃时，将热轧钢卷由缓冷库移出至成品存放区域。
进一步，步骤5)中，所述层流冷却采用前段稀疏冷却方式，上、下冷却水集管中的冷却水按照隔排开启，即1、3、5、7、……的顺序开启。
进一步，步骤6)中，所述缓冷库为长方体建筑，缓冷库包括四侧的缓冷墙、底部的垛位和顶盖，顶盖覆盖在四侧的缓冷墙；顶盖由左、右两部分组成，左、右两部分均可移动；缓冷墙为三层结构，缓冷墙的内侧为钢板、中间层为保温石棉、外侧为钢板；缓冷库高度为4～5m。
进一步，步骤6)中，缓冷库内热轧钢卷集中堆放，每批次进缓冷库内进行冷却的热轧钢卷≥20卷。
进一步，步骤6)中，控制热轧钢卷从卷取机卸卷至入缓冷库的间隔时间≤60min。
本发明采取的生产工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
连铸板坯加热温度设定在于保证连铸坯微合金元素的溶解，并在轧后的冷却过程能够析出足够数量的、弥散的、细小的析出物粒子，发挥析出强化效果。屈服强度500MPa级别以上微合金钢，添加了一定量的Nb、V、Ti等元素需要一定的加热温度来保证碳氮化物，尤其是TiN、TiC等颗粒的溶解，以便更好的析出强化效果，但加热温度过高，增加能源消耗，也会使板坯组织粗大、并造成热热带钢表面氧化脱碳严重。本发明设定连铸板坯加热温度为1200～1260℃。
2、精轧控制参数的设定
精轧轧制一方面为了控制最终热轧带钢的尺寸形状和板形，另一方面使带钢出F7精轧机时温度达到设定的终轧温度，保证最终力学性能，本发明考虑到前几个机架轧制时，带钢较厚，边部与心部温降差别不大，为了保证带钢表面和终轧温度，机架间除鳞水正常使用。在F4机架以后，由于带钢较薄，边部温度降低较快，通过减少机架间冷却水的投用，减缓边部温降，精轧出口保证板宽方向上温度的均匀性。
3、热轧钢板层流冷却参数和卷取温度的设定
热轧带钢在卷取后堆冷过程中，头尾段，以及钢卷边部直接与空气接触，冷却速度比中部快，微合金元素的析出不均匀，会导致带钢头尾和边部强度低。本发明采用U型冷却，将带钢头尾段卷取温度设定比中部高，通过头尾段温度补偿减缓堆冷过程中头尾的冷却速度，提高堆冷过程中析出强化效果，但过高的温度也会导致卷取后组织粗大，强度降低。因此本发明采用的U型冷却，热轧钢板的头部和尾部的长度均为10～40m，热轧钢板的头部和尾部的卷取温度比热轧钢板目标卷取温度高20～40℃。
采用稀疏冷却，可以避免层流冷却水集中投用导致带钢冷却过程中边部温降进一步加大，改善边部温降的目的。因而本发明采用前段稀疏冷却方式，上、下冷却水集管中的冷却水按照隔排开启，即1、3、5、7、……的顺序开启。
4、热轧钢卷缓冷参数的设定
如前所述，为了进一步改善钢卷的堆冷过程中头尾和边部的冷却速度，本发明采用缓冷房缓冷，通过缓冷进一步控制冷却过程中头尾和边部的冷却速度，降低与钢卷内部的冷却速度差，减缓钢卷内外圈和边部冷却较快的问题，促进内外圈和边部的析出，提升析出强化效果。此外通过缓冷可以减少热轧高强钢的内应力，改善高强钢的板形。因此本发明热轧钢卷缓冷时间为40～54h，冷却速率为3～5℃/h。
因此，钢板在粗轧、精轧、层流冷却、卷取、堆放生产过程中，中间坯或带钢的头尾，以及边部一直存在散热较快，温度较低的问题，会导致成品带钢的通板温度极差值较大，达到80℃以上，导致热连轧高强带钢头、尾、边部与中部的屈服强度和抗拉强度差较大，通板极差值可达到100MPa以上。本发明采取的工艺制度是从热轧全流程考虑，控制轧制、冷却和卷取过程中每个环节的头、尾，以及边部温降，改善通板温度不均匀问题，进而提高高强钢通板强度的均匀性。
在工程机械、汽车、管线、集装箱等热连轧高强钢中，使用本发明方法进行生产时，不会对现有热连轧高强钢的生产带来显著影响。
通过以上控制方法，可以改善带钢头尾、边部和中部的温度差，进而减小因温度不均匀导致的通板性能波动较大，提高性能均匀性，改善钢板的加工、成型性能，减少钢板后续加工使用中的头尾和边部切除量，提高成材率。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、通过热连轧高强钢生产过程中热卷箱、精轧、层流U型冷却、分段稀疏冷却，以及缓冷全流程温度控制，减少头尾、边部与中部的温度差，改善带钢温度均匀性，提高带钢通板性能均匀性。2、通过缓冷，改善了堆冷过程中高强钢头尾和边部冷速较快问题，提高析出强化效果，同时有利于热连轧高强钢的内应力的释放，改善板形。3、利用本发明得到的屈服强度700MPa级析出强化高强钢，屈服和抗拉强度极差值≤50MPa，断后伸长率极差值≤4％。
具体实施方式
下面结合实施例1～6对本发明作进一步说明，如表1～表6所示。
实施例1、2，表1为本发明实施例屈服强度500MP级热轧钢板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例屈服强度500MP级热轧钢板的化学成分，单位：重量百分比。
元素 C Si Mn P S Al Nb Ti
实施例1 0.08 0.2 1.2 0.009 0.003 0.03 ≤0.10 ≤0.10
实施例2 0.06 0.1 1.3 0.012 0.004 0.025 ≤0.10 ≤0.10
连铸坯经步进梁式加热炉加热至1200℃后，通过R1和R2粗轧至40mm厚中间坯，经热卷箱卷取成中间卷，再次进行开卷精轧，精轧入口温度1030℃，七机架精轧后，分别轧制成厚度为4.0mm和6.0mm钢板，钢板终轧温度850±20℃，卷取温度600±20℃。层流采用前段稀疏冷却，U型卷取头、尾长度25m，卷取温度625±20℃。钢卷下线后，在缓冷墙内缓冷45h后出缓冷墙。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，钢板的力学性能见表2。
表2本发明屈服强度500MP级热轧钢板力学性能参数
Figure BDA0002828314600000051
实施例3、4，表3为本发明实施例屈服强度600MP级热轧钢板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表3本发明实施例屈服强度600MP级热轧钢板的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002828314600000052
Figure BDA0002828314600000061
连铸坯经步进梁式加热炉加热至1260℃后，通过R1和R2粗轧至40mm厚中间坯，经热卷箱卷取成中间卷，再次进行开卷精轧，精轧入口温度1050℃，七机架精轧后，分别轧制成3.0mm和5.0mm厚钢板，钢板终轧温度850±20℃，卷取温度600±20℃。层流采用前段稀疏冷却，U型卷取头、尾长度30m，卷取温度630±20℃。钢卷下线后，在缓冷墙内缓冷50h后出缓冷墙。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，钢板的力学性能见表4。
表4本发明屈服强度600MP级热轧钢板力学性能参数
Figure BDA0002828314600000062
实施例4、5，表5为本发明实施例屈服强度700MP级热轧钢板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表5本发明实施例屈服强度700MP级热轧钢板的化学成分，单位：重量百分比。
元素 C Si Mn P S Al Nb Ti Mo
实施例4 0.07 0.17 1.88 0.012 0.002 0.032 ＜0.1 ＜0.1 0.21
实施例5 0.075 0.17 1.85 0.011 0.001 0.028 ＜0.1 ＜0.1 0.19
连铸坯经步进梁式加热炉加热至1260℃后，通过R1和R2粗轧至45mm厚中间坯，经热卷箱卷取成中间卷，再次进行开卷精轧，精轧入口温度1080℃，七机架精轧后，分别轧制成厚度为4.0mm和8.0mm钢板。4.0mm钢板终轧温度分别为850±20℃，卷取温度600±20℃。层流采用前段稀疏冷却、U型卷取头、尾长度30m，卷取温度640±20℃。8.0mm钢板终轧温度分别为830±20℃，卷取温度580±20℃。层流采用前段稀疏冷却、U型卷取头、尾长度20m，卷取温度600±20℃。钢卷在缓冷墙内缓冷45h后出缓冷墙。带钢通板通板性能极差值如表6所示。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，钢板的力学性能见表6。
表6本发明屈服强度700MP级热轧钢板力学性能参数
Figure BDA0002828314600000063
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，轧线上设备包括，加热炉、1#除鳞箱、粗轧机R1、粗轧机R2、热卷箱系统、飞剪、2#除鳞箱、七机架精轧机F1～F7、层流冷却系统、轧机附属的除鳞水以及冷却水系统、卷取机和缓冷库，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
1)连铸板坯加热和除磷，用加热炉对厚度为210～230mm的微合金高强钢连铸板坯进行加热处理，加热温度为1200～1260℃，通过运输辊道将加热后的连铸板坯输送至1#除磷箱进行除鳞；
2)粗轧，用粗轧机R1和R2对除鳞后的连铸板坯进行6道次粗轧得到中间坯，中间坯厚度为32～50mm，所述的6道次粗轧为“1+5”道次或者“3+3”道次；
3)中间坯卷取，用热卷箱对中间坯进行卷取得到中间坯卷；
4)精轧，用开卷装置对中间坯卷进行开卷，用精轧机F1～F7对开卷后的中间坯进行七道次连续轧制，得到厚度为1.5～8.0mm热轧钢板；精轧机F1～F2、F2～F3、F3～F4三组机架间除磷水投用，精轧机F4～F5、F5～F6、F6～F7三组机架间冷却水关闭；
5)热轧钢板层流冷却和卷取，所述的层流冷却采用U型冷却，热轧钢板的头部和尾部的长度均为10～40m，热轧钢板的头部和尾部的卷取温度比热轧钢板目标卷取温度高20～40℃；层流冷却后的热轧钢板经卷取得到热轧钢卷；
6)热轧钢卷缓冷，将热轧钢卷移至缓冷库内进行缓慢冷却，热轧钢卷缓冷时间为40～54h，冷却速率为3～5℃/h；当热轧钢卷温度≤200℃时，将热轧钢卷由缓冷库移出至成品存放区域。
2.如权利要求1所述的一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，其特征是，步骤5)中，所述层流冷却采用前段稀疏冷却方式，上、下冷却水集管中的冷却水按照隔排开启，即1、3、5、7、……的顺序开启。
3.如权利要求1所述的一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，其特征是，步骤6)中，所述缓冷库为长方体建筑，缓冷库包括四侧的缓冷墙、底部的垛位和顶盖，顶盖覆盖在四侧的缓冷墙；顶盖由左、右两部分组成，左、右两部分均可移动；缓冷墙为三层结构，缓冷墙的内侧为钢板、中间层为保温石棉、外侧为钢板；缓冷库高度为4～5m。
4.如权利要求1所述的一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，其特征是，步骤6)中，缓冷库内热轧钢卷集中堆放，每批次进缓冷库内进行冷却的热轧钢卷≥20卷。
5.如权利要求1所述的一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，其特征是，步骤6)中，控制热轧钢卷从卷取机卸卷至入缓冷库的间隔时间≤60min。
6.如权利要求1所述的一种提高微合金高强钢热轧钢板力学性能均匀性的的方法，其特征是，所述热轧钢板屈服强度级别为500～700MPa级。
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