CN115351074A - 一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法 - Google Patents

一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，钢板的化学成分按重量百分比计为：C0.14％～0.17％，Si0.3％～0.4％，Mn0.55％～0.75％，P≤0.03％，S≤0.025％，Al0.015％～0.04％，N≤0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质，钢板生产过程包括铸坯加热、轧制、冷却、热矫直及空冷。本发明适用于厚度规格6～10mm、宽度大于3000mm、屈服强度355MPa级薄钢板板形的控制，无需后续冷矫处理，就能满足钢板的板形控制要求，解决了此类钢板由于轧件薄、温降快，生产中极易出现浪形，影响钢板一次通过率、费次降率等问题。

Description

一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法
技术领域
本发明涉及钢板生产技术领域，尤其涉及一种厚度规格6～10mm、宽度大于3000mm的低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法。
背景技术
屈服强度355MPa级钢板的主要化学元素为C、Si、Mn、Al、Nb等。一般情况下，4m以上宽厚板轧机主要生产厚度大于10mm的该级别钢板，对于厚度6～10mm的钢板，一般在热轧薄板连轧机组上生产，成品钢板的宽度较窄且为卷板。而对于如船板、锅炉容器板、建筑用钢板等产品，由于要求钢板的宽度较宽(在焊接过程中减少焊缝)，只能生产平板。由于此类钢板的轧件薄、温降快，对温度变化非常敏感，生产过程中极易出现浪形缺陷、轧废等问题，废次品率高，轧后钢板容易出现类似瓦楞板的板形，导致平直度超标，不易形成批量生产能力。这种钢板的板形通常需要经过后续冷矫直机矫平，严重影响钢板一次通过率。
此外，在冷床冷却过程中，由于钢板上表面与空气接触、下表面与冷床接触，导致钢板上表面、下表面的传热速度不一样，温降不同热应力也不一样，最终使钢板产生变形，导致平直度不能满足要求。对于平直度不能满足要求的钢板，只能通过冷矫直机对其进行再次矫直，这样就增加了生产成本，延长了交货周期。
由此可见，如何解决厚度规格6～10mm、宽度大于3000mm、屈服强度355MPa级薄钢板的板形问题，提高钢板一次通过率，是该种钢板开发及应用的关键。
迄今为止，国内外对上述薄规格、大宽度、屈服强度大于355MP级别钢板板形控制的研究较少。公开号为CN103722023A的中国专利申请公开了“一种TMCP高强船板板形控制方法”，其对轧后高强度船板的板形控制有效。但该方法适用的钢板厚度为30～60mm，对于薄钢板的板形控制没有涉及。公开号为CN101885004A的中国专利申请公开了一种“低合金高强度钢板在控制冷却阶段的板型控制方法”。该方法对轧后需要冷却的钢板板形控制具有一定的作用，但其对于轧后不需喷水冷却的薄规格钢板板形控制没有涉及。公开号为CN101450353A的中国专利申请公开了”一种钢板板形的控制方法“，其是一种中厚板板形控制方法，但是其方法是针对钢板的轧制板形的，对钢板轧完经矫直机矫平后，在冷床上冷却过程中出现的板形不良问题，没有涉及。
期刊论文“热轧薄规格板生产过程的优化控制”(《河南冶金》2020.8)一文中，通过优化加热、轧制及压下规程，解决了厚度规格6～10mm的薄规格钢板板形控制问题，但是其生产的钢板宽度小于3000mm，其生产方法无法满足宽度3000mm以上钢板板形的控制要求。
发明内容
本发明提供了一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，适用于厚度规格6～10mm、宽度大于3000mm、屈服强度355MPa级薄钢板板形的控制，无需后续冷矫处理，就能满足钢板的板形控制要求，解决了此类钢板由于轧件薄、温降快，生产中极易出现浪形，影响钢板一次通过率、费次降率等问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，钢板生产过程包括铸坯加热、轧制、冷却、热矫直及空冷；具体包括如下步骤：
1)铸坯加热；将铸坯加热到1220～1245℃，均热段和加热段的总加热时间为3～4h，总在炉时间为4.5～5.5h；
2)轧制：轧制时，对轧辊采用分段冷却控制，轧制钢坯头部1/6L长度段时，轧辊冷却水不开启；轧制钢坯尾部1/6L长度段时，轧辊冷却水量控制在20～35m3/h，轧制钢坯其余长度段时，轧辊冷却水量控制在40～60m3/h；其中L为每道次轧制时，对应轧制方向的铸坯长度；轧制时至少前3个道次采用大压下率，每道次压下率不低于20％，至少后2个道次采用小压下率，每道次压下率不大于5％；终轧温度为750～860℃，轧制速度控制在5～6.5m/s；同时将轧机至预矫直机区间的辊道冷却水流量调为200～250m3/h；
3)冷却；开冷温度为730～840℃，返红温度为600～680，冷却系统头尾遮蔽投入；上集管开启修正值-1000～-1200mm，下集管开启修正值-1800～-2000mm：集管开2～4组水，每组水量180～220m3/h，下集管与上集管水量比2～3；辊速2.0～3m/s，加速度为0.001～0.005m/s2；
4)热矫直；导入辊位置-0.8～-2.5mm，导出辊位置-2.7～-3.3mm，终矫温度≤550℃，矫直力为18000～20000kN；
5)空冷至室温。
所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.14％～0.17％，Si 0.3％～0.4％，Mn 0.55％～0.75％，P≤0.03％，S≤0.025％，Al 0.015％～0.04％，N≤0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中O≤0.0050％，其余杂质总量低于0.05％。
所述钢板的厚度为6～10mm、宽度大于3000mm，采用250mm以下厚度的铸坯经中厚板往复式轧机轧制后得到；
所述步骤2)中，开轧前，利用高压水对加热后的铸坯进行除鳞，除鳞时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa。
所述步骤2)中，轧制的最后2个道次在开轧前利用轧机冷却水进行除鳞，除鳞时间0.2～0.5min，除鳞机压力20～25MPa。
成品钢板的平直度在5mm/2m以下。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)铸坯采用较高的加热温度，同时保证均热段和加热段的在炉时间，缩短了铸坯表面与芯部的温度差异，提高钢板表面横向、纵向金属流动均匀性；控制总在炉时间是为了有效抑制奥氏体晶粒过度长大，保证钢板性能；
2)控制辊道冷却水流量，同时轧辊采用分段冷却工艺，目的是避免大量冷却水在钢板表面流动，使钢板表面产生非受控性温降，增加轧制道次；合理控制轧辊的冷却水量，有效控制辊型，大幅改善由于钢坯头-中-尾温度分布不均匀，轧制过程中产生无规律跑偏及镰刀弯等缺陷。此外，优化轧制不同阶段的道次压下率并控制终轧温度和轧制速度，有效保证了轧制钢板的初始板形，同时降低了钢板内应力；
3)通过优化控冷工艺，实现钢板头—中—尾温度均匀性，避免钢板控冷后因不同位置温度不均匀产生翘曲等现象；采用三道热矫直，设定初始导入辊、导出辊位置以及矫直温度和压力，保证矫直后的钢板平直、板形良好；同时设定较低的终矫温度，使钢板在冷却过程中温降区间较小，避免由于发生快速相变而产生较大内应力；
4)通过轧制辅助钢板预热步进式冷床等措施，使产品钢板在冷却过程中，温降区间较小，同时上、下表面温降均匀，避免热变形，保证钢板的最终平直度满足5mm/2m以下要求，节省后续冷矫直工序成本。
具体实施方式
本发明所述一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，钢板生产过程包括铸坯加热、轧制、冷却、热矫直及空冷；具体包括如下步骤：
1)铸坯加热；将铸坯加热到1220～1245℃，均热段和加热段的总加热时间为3～4h，总在炉时间为4.5～5.5h；
2)轧制：轧制时，对轧辊采用分段冷却控制，轧制钢坯头部1/6L长度段时，轧辊冷却水不开启；轧制钢坯尾部1/6L长度段时，轧辊冷却水量控制在20～35m3/h，轧制钢坯其余长度段时，轧辊冷却水量控制在40～60m3/h；其中L为每道次轧制时，对应轧制方向的铸坯长度；轧制时至少前3个道次采用大压下率，每道次压下率不低于20％，至少后2个道次采用小压下率，每道次压下率不大于5％；终轧温度为750～860℃，轧制速度控制在5～6.5m/s；同时将轧机至预矫直机区间的辊道冷却水流量调为200～250m3/h；
3)冷却；开冷温度为730～840℃，返红温度为600～680，冷却系统头尾遮蔽投入；上集管开启修正值-1000～-1200mm，下集管开启修正值-1800～-2000mm：集管开2～4组水，每组水量180～220m3/h，下集管与上集管水量比2～3；辊速2.0～3m/s，加速度为0.001～0.005m/s2；
4)热矫直；导入辊位置-0.8～-2.5mm，导出辊位置-2.7～-3.3mm，终矫温度≤550℃，矫直力为18000～20000kN；
5)空冷至室温。
所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.14％～0.17％，Si 0.3％～0.4％，Mn 0.55％～0.75％，P≤0.03％，S≤0.025％，Al 0.015％～0.04％，N≤0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中O≤0.0050％，其余杂质总量低于0.05％。
所述钢板的厚度为6～10mm、宽度大于3000mm，采用250mm以下厚度的铸坯经中厚板往复式轧机轧制后得到；
所述步骤2)中，开轧前，利用高压水对加热后的铸坯进行除鳞，除鳞时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa。
所述步骤2)中，轧制的最后2个道次在开轧前利用轧机冷却水进行除鳞，除鳞时间0.2～0.5min，除鳞机压力20～25MPa。
成品钢板的平直度在5mm/2m以下。
本发明所述一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板板形控制方法的作用原理如下：
1、铸坯加热工序；
将铸坯(厚度250mm以下，优选连铸坯)送入步进式加热炉内进行加热，铸坯加热到1220～1245℃，均热段和加热段的总加热时间为3～4小时，总在炉时间4.5～5.5小时；本发明采用较高的加热温度，同时保证均热段和加热段在炉时间，目的是缩短铸坯表面与芯部的温度差异，提高钢板表面横向、纵向金属流动均匀性；控制总在炉时间的目的，是为了有效抑制奥氏体晶粒过度长大，保证钢板力学性能。
2、高压水除鳞及轧制工序；
开轧前，利用高压水对出加热炉后的铸坯进行除鳞，除鳞时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa。
轧制时，将轧机至预矫直机区间的辊道冷却水量减至200～250m3/h，避免大量冷却水在钢板表面流动使钢板表面产生非受控性温降，增加轧制道次；对轧辊采用分段冷却控制，轧制钢坯头部设定长度段时，轧辊冷却水不开启，轧制钢坯中部设定长度段时，轧辊水量按40～60m3/h开启，轧制钢坯尾部设定长度段时，轧辊水量按20～35m3/h开启。通过调节轧辊冷却水量，有效控制辊型，大幅改善由于铸坯头-中-尾温度分布不均匀，在轧制过程中容易产生无规律跑偏及镰刀弯等缺陷。此外，轧制时至少前3个道次采用大压下率，每道次压下率不低于20％，至少后2个道次采用小压下率，每道次压下率控制在5％以下。末二道次开轧前，利用轧机冷却水进行除鳞，除鳞时间0.2～0.5min，除鳞机压力20～25MPa。轧制的前几个道次采用大压下率，尽可能发挥轧机能力，后几个道次由于钢板非受控性温降导致变形抗力增加，故采用小压下率轧制，以平整钢板的板形，降低钢板内应力。为了保证钢板终轧温度在750～860℃，轧制速度控制在5～6.5m/s。
3、冷却及热矫直工序；
开冷温度730～840℃，返红温度600～680，冷却系统头尾遮蔽投入；上集管开启修正值-1000～-1200mm，下集管开启修正值-1800～-2000mm；采用全自动控冷：每组水量180～220m3/h，集管开2～4组水，下集管与上集管水量比2～3；辊速2.0～3m/s，加速度0.001～0.005m/s2。
热矫直进行三道矫直，导入辊位置-0.8～-2.5mm，导出辊位置-2.7～-3.3mm，终矫温度不大于550℃，矫直力在18000～20000kN之间。采用以水取代部分Mn添加量的生产路径，降低了355MPa级别钢板的合金成本，同时对控冷参数进行限定，通过设定合适的辊缝、矫直力和矫直遍数，保证矫直后的钢板平直、板形良好；同时设定较低的终矫温度，使钢板在冷却过程中温降区间较小，避免由于发生快速相变而产生较大内应力。
4、钢板空冷工序；
由于薄规格钢板下表面的冷却速度比上表面冷却速度快，导致钢板在冷床冷却过程中造成内应力释放不充分，容易出现鼓包变形，本发明采用对冷床进行预热的方法解决上述问题。在轧制屈服强度355MPa级薄钢板(简称产品钢板)前，先轧制不少于20块厚度大于15mm、宽度在3000mm以上的钢板(简称辅助钢板)，并且辅助钢板的长度大于随后轧制的产品钢板长度，将辅助钢板按轧制顺序并排放置在步进式冷床上，利用辅助钢板的余热对步进式冷床进行预热；随后再轧制产品钢板；轧制产品钢板的同时，将辅助钢板继续向剪切或火切方向推进，在步进式冷床上腾出放置产品钢板的位置，产品钢板轧制完成后，立即并排放置在经过预热的步进式冷床上。
本发明通过钢中化学成分与控轧控冷工艺相结合，克服了现有技术存在的不足，解决了厚度规格6～10mm、宽度大于3000mm、屈服强度355MPa级薄钢板板形控制问题。钢板平直度控制在5mm/2m以下，满足技术要求。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
本实施例中，表1为钢板的化学成分，表2为铸坯的加热制度及轧前高压水除鳞工艺参数；表3是钢板的轧制工艺参数；表4为钢板控冷工艺参数；表5是钢板矫直工艺参数及成品钢板的平直度。
表1钢板的化学成分(wt，％)
实施例 C Si Mn Al Ceq
1 0.14 0.35 0.55 0.021 0.23
2 0.16 0.40 0.65 0.033 0.27
3 0.14 0.32 0.73 0.039 0.26
4 0.17 0.31 0.75 0.027 0.30
5 0.15 0.37 0.59 0.035 0.25
6 0.16 0.39 0.56 0.019 0.25
注：钢中杂质元素P≤0.03％，S≤0.025％；0≤0.0050％，其它杂质元素总量低于0.05％。
表2铸坯加热制度及轧前高压水除鳞工艺参数
Figure BDA0003769304590000071
表3钢板的轧制工艺参数
Figure BDA0003769304590000072
表4钢板控冷工艺参数
实施例 开冷温度/℃ 返红温度/℃ 上集管修正值/mm 下集管修正值/mm 集管开启组数 辊速m/s
1 770 620 -1200 -1900 3 2.3
2 820 630 -1100 -2000 3 2.5
3 810 680 -1000 -1800 2 3.0
4 740 601 -1050 -1950 3 2.6
5 798 625 -1130 -1830 2 2.7
6 730 630 -1160 -1950 2 2.8
表5钢板矫直工艺参数及成品钢板平直度
Figure BDA0003769304590000073
由此可见，采用本发明所述方法解决了采用250mm以下厚度连铸坯生产厚度6～10mm、宽度3000mm以上、屈服强度355MPa级别热轧钢板的板形问题，钢板的平直度满足5mm/2m以下的技术要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，其特征在于，钢板生产过程包括铸坯加热、轧制、冷却、热矫直及空冷；具体包括如下步骤：
1)铸坯加热；将铸坯加热到1220～1245℃，均热段和加热段的总加热时间为3～4h，总在炉时间为4.5～5.5h；
2)轧制：轧制时，对轧辊采用分段冷却控制，轧制钢坯头部1/6L长度段时，轧辊冷却水不开启；轧制钢坯尾部1/6L长度段时，轧辊冷却水量控制在20～35m3/h，轧制钢坯其余长度段时，轧辊冷却水量控制在40～60m3/h；其中L为每道次轧制时，对应轧制方向的铸坯长度；轧制时至少前3个道次采用大压下率，每道次压下率不低于20％，至少后2个道次采用小压下率，每道次压下率不大于5％；终轧温度为750～860℃，轧制速度控制在5～6.5m/s；同时将轧机至预矫直机区间的辊道冷却水流量调为200～250m3/h；
3)冷却；开冷温度为730～840℃，返红温度为600～680，冷却系统头尾遮蔽投入；上集管开启修正值-1000～-1200mm，下集管开启修正值-1800～-2000mm：集管开2～4组水，每组水量180～220m3/h，下集管与上集管水量比2～3；辊速2.0～3m/s，加速度为0.001～0.005m/s2；
4)热矫直；导入辊位置-0.8～-2.5mm，导出辊位置-2.7～-3.3mm，终矫温度≤550℃，矫直力为18000～20000kN；
5)空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，其特征在于，所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.14％～0.17％，Si 0.3％～0.4％，Mn0.55％～0.75％，P≤0.03％，S≤0.025％，Al 0.015％～0.04％，N≤0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中O≤0.0050％，其余杂质总量低于0.05％。
3.根据权利要求1所述的一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，其特征在于，所述钢板的厚度为6～10mm、宽度大于3000mm，采用250mm以下厚度的铸坯经中厚板往复式轧机轧制后得到。
4.根据权利要求1所述的一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，开轧前，利用高压水对加热后的铸坯进行除鳞，除鳞时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa。
5.根据权利要求1所述的一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，轧制的最后2个道次在开轧前利用轧机冷却水进行除鳞，除鳞时间0.2～0.5min，除鳞机压力20～25MPa。
6.根据权利要求1所述的一种低成本屈服强度355MPa级薄钢板的板形控制方法，其特征在于，成品钢板的平直度在5mm/2m以下。
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