CN116765131A - 一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法，属于金属加工领域。所述钢板化学成分按重量百分比计包括：C 0.13％～0.17％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.45％～1.65％，P≤0.02％，S≤0.015％，Nb 0.03％～0.05％，Ti 0.015％～0.0250％，Al 0.015％～0.035％，V 0.02％～0.05％，B 0.0004％～0.0006％，N 0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述方法包括钢水冶炼→连铸→板坯加热→轧制→矫直(热矫)→空冷至室温。本发明钢板的轧制节奏明显提高，平均每块钢板的轧制时间减少60‑100秒，对提高生产效率、降低生产成本起到显著的效果。

Description

一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法

技术领域

本发明属于金属加工领域，特别涉及一种提高厚度规格16-50mm，屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法。

背景技术

面对钢铁行业的严峻市场形势、用户要求以及制造成本压力，在保证产品质量的同时，提高轧制节奏，使生产线发挥最大产能变得尤为重要。中厚板轧制节奏的提高是在保证生产和设备安全的条件下，提高轧线单位时间的产量即小时轧制块数，最终能够在保证产品质量的同时，实现效率最大、消耗最低的高效生产。尤其是以550MPa级别为代表的中厚板品种是高强钢主要品种类型，典型的品种有低合金Q550C/D/E、还有X80M管线钢等，这类钢主要以碳锰钢为基础，同时在钢中添加微合金元素Nb、V、Ti、Mo等碳、氮化物形成元素，通过固溶强化、沉淀强化以及细晶强化提高钢板强韧性。据统计，每年该强度级别中厚板占产量10-15％。为此，今后中厚板产品尤其是550MPa级别中厚板品种的生产，急需进一步优化生产工艺，在现在的基础上进一步降低能源消耗，合金成本、压缩制造成本、提高生产效率，最终实现产品的市场竞争力快速提升。

目前对于厚度16-50mm的550MPa级别钢板，为了降低合金成本，通常采用中碳、中Mn以及添加Nb、V、Ti、Mo合金的成分设计体系，同时对轧制及控冷的工艺路径进行优化，以减少合金成本降低所带来性能波动。通常来说，TMCP(热机械控制工艺)就是在轧制过程中，控制轧制温度和压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金的绿色减量化工艺，已经成为生产中厚板不可或缺的技术。但合金减量化后的钢板通常采用两阶段甚至三阶段控制轧制TMCP工艺生产，同时为了保证精轧阶段累计压下率，导致中间坯待温时间长，且终轧温度都在850℃甚至更低，较低的温度使得轧件的变形抗力增大，从而增大了轧机的负荷，加大板型控制难度，并且低温轧制需要较长的中间待温时间，影响轧制节奏和生产效率，导致经济型550MPa级别钢板生产成本增加。

由此可见，如何提高厚度规格16-50mm，550MPa级别钢板轧制节奏的的问题，降低其制造成本，是经济型550MPa级别中厚板板批量生产过程中亟待解决的关键问题。

与现有技术对比：

迄今为止，国内外对提高厚度规格16-50mm，屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法研究甚少。在本发明之前，公布号CN 115446114 A的专利公开了一种提高A36级船用中厚板轧制效率的方法。该方法采用非TMCP轧制工艺，通过控制坯料加热制度，使钢板终轧温度命中预先设定的目标范围；但其合金成分较高，且生产厚度主要在16mm以下，对厚度16mm以上生产工艺没有涉及，且其强度级别为355MPa。期刊论文“低合金高强钢Q550D延伸不合格原因分析”(《山西冶金》2010.1)主要通过提高钢水纯净度、夹杂物改性处理、优化轧制和控冷工艺以及采用回火热处理等手段，增强钢板韧性，但由于其采用离线回火热处理，导致其生产周期和成本大幅增加，且对轧制效率改善效果并未明确。

以上专利文献公开的钢板板形控制方法，虽然提高了部分厚度规格、355MPa级别钢板轧制效率或550MPa级别强韧性改善方法，但不适合提高厚度规格16mm及以上经济型550MPa级别钢板轧制效率的问题。使用本发明提供的技术方案，可以有效的克服上述不足，解决了使用250mm及其以下厚度的连铸坯，通过加热、轧制等工艺优化，解决了轧制厚度16-50mm的屈服强度550MPa级别经济型中厚板的轧制效率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在技术问题和不足，提供一种提高厚度规格16-50mm，屈服强度550MPa级别经济型钢板轧制节奏的方法，无需后续长时间控制轧制，就能满足钢板的性能要求，解决了此类钢板由于合金成分降低，同时为了保证强韧性要求，需在轧制过程中控制轧制温度，降低终轧温度，影响钢板轧制效率和板形一次通过率等问题。

本发明中提供一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法，所述钢板化学成分按重量百分比计包括：C 0.13％～0.17％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.45％～1.65％，P≤0.02％，S≤0.015％，Nb 0.03％～0.05％，Ti 0.015％～0.0250％，Al 0.015％～0.035％，V 0.02％～0.05％，B 0.0004％～0.0006％，N 0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢板厚度为16-50mm，使用250mm以下厚度的连铸坯在中厚板往复式轧机上进行生产。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法，是用于提高厚度16-50mm屈服强度550MPa级别经济型中厚板轧制效率，包括钢水冶炼→连铸→板坯加热→轧制→矫直(热矫)→空冷至室温，具体包括如下步骤：

1)炼钢及连铸：按下述成分冶炼，其化学成分重量百分比为C 0.13％～0.17％，Si0.15％～0.35％，Mn 1.45％～1.65％，P≤0.02％，S≤0.015％，Nb 0.03％～0.05％，Ti0.015％～0.0250％，Al 0.015％～0.035％，V 0.02％～0.05％，B 0.0004％～0.0006％，N0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。原料经KR铁水预处理，控制S的含量低于0.015％，扒渣后进入转炉；转炉冶炼中采用双渣法脱P，控制P的含量≤0.020％，转炉冶炼终点控制C的含量在0.13～0.17％；随后进行板坯连铸，连铸拉坯速率为1.5～2.5m/min，控制连铸阶段二冷区电磁搅拌电流强度250～300A，二次冷却比水量为2.3L/kg～2.8L/kg(降低碳偏析平均指数，抑制偏析，同时对二次冷却强度进行限定，抑制铸坯中心裂纹恶化的趋势)，在水平扇形段，即凝固末端投入重压下，连铸坯压下量12～15mm，(减少铸坯的中心疏松级别、偏析)，下线后的铸坯堆垛48小时以上(降低残余H的聚集，抑制钢坯内部微裂纹产生，保证钢板韧性)。

2)铸坯加热：将铸坯(厚度250mm以下)送入步进式加热炉内进行加热，将铸坯加热到1130～1180℃，均热段和加热段的总加热时间为2.2～3.8小时，总在炉时间3.5～5小时；调节均热段上、下烧嘴开口度，控制空燃比1:1.7～1:2.3，保证钢坯上下表面温差在15℃以内；(结合钢坯成分，通过降低坯料加热温度，减少能源消耗，同时保证其终轧温度处于奥氏体温度区间；此外，保证均热段和加热段在炉时间，同时调控均热段空燃比，以缩短连铸坯上下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，也有效抑制奥氏体晶粒过度长大，保证钢板性能和后续轧制板形)，同时在加热炉均热段的炉头留3～6个空位(防止炉头温度低，影响钢坯温度均匀性)。

3)轧制：采用两阶段轧制，第一阶段为再结晶轧制(粗轧)，粗轧前三道次的每道次压下率大于20％，且轧制的前三道次喷轧机除鳞水，每道次时间0.2～0.5min，压力10～15MPa，中间坯的厚度为成品厚度的1.5～2倍，第二阶段为非在结晶轧制(精轧)开轧温度区间950～980℃，终轧温度区间为860～900℃，精轧不多于四道，轧制末道次压下率控制在5％以下(粗轧阶段，轧制前三道次尽可能发挥轧机能力，采用大压下率，增加钢板中的累积变形量，加快中间坯短时待温过程中静态再结晶发生，同时通过灵活多变的高压水除鳞工艺，使钢板表面至心部的组织分布均匀，提高钢板的强韧性；减少中间坯待温厚度，加快中间坯温降，减少后续待温时间，轧制后期由于钢板温降，变形抗力增加，末道次采用小压下率轧制，以平整钢板的板形，降低钢板内应力)；精轧阶段，当本道次轧制长度到75％时，TCS中的道次表就跳到下一道提前进行定位准备(提前接收二级的设定辊缝并进行辊缝分配；在每道次含钢信号消失后，就允许与轧制无关的设备进行定位)，同时将转钢辊道速度由1.2～2.5m/s提高至3～4m/s，轧后抛钢，抛钢速度5～6.5m/s，随后采用超快冷+层流冷却相结合控冷模式，超快冷开冷温度范围为820～850℃，终冷温度区间580～620℃，冷却速度35～40℃/s，随后进入层流冷却，终冷温度区间450～480℃，冷却速度5～10℃/s，侧喷压力和水量分别为2～5MPa、50～70m³/h，(控制开冷温度，保证钢板入水时组织为奥氏体态，冷却过程中，采用不同分段冷速，大冷速度保证心部组织转变，随后采用小冷速，保证心部返红对表面温度温度影响，通过控制冷速及终冷温度，抑制钢板表面贝氏体、马氏体相形成以及心部组织贝氏体相数量，避免由于表面发生贝氏体或马氏体相变，影响钢板强韧性，通过侧喷投入，有利于钢板板形的控制，提高钢板性能均匀性，减少扣头、扣尾板形问题的几率)。

4)热矫直：热矫再进行一道矫直，导入辊缝-1.2mm～-2.5mm，导出辊缝-2.9mm～-3.8mm，矫直力在2800KN～3500KN之间(通过设定合适的辊缝、矫直力，保证矫完的钢板平直，板形良好)，随后空冷到室温。

5)空冷到室温。

采用上述成分与加热、轧制和冷却工艺方案，克服了现有技术存在的不足，解决了此类钢板由于合金成分低，需在轧制过程中深度控轧，影响钢板轧制效率和板形一次通过率等问题。且最终得到的钢板性能与采用现有TMCP工艺生产时相同，钢板平直度在5mm/2m以下，钢板横向拉伸的屈服强度≥550MPa，抗拉强度介于670～840MPa之间，延伸率≥17％，-20℃横向夏比冲击功≥34J。满足用户技术要求。据测算，成分、工艺和转钢速度和抛钢速度优化后，厚度16-50mm的屈服强度550MPa级别经济型中厚板的轧制节奏明显提高，平均每块钢板轧制时间减少60-100秒，对提高生产效率、降低生产成本起到显著的效果。

本发明的有益效果：

1、通过控制拉坯速率、二冷区电磁搅拌电流强度以及二次冷却比水量可有效降低碳偏析平均指数，抑制偏析及铸坯中心裂纹恶化的趋势；凝固末端投入重压下，有效减少铸坯的中心疏松级别、偏析，同时对下线后的钢坯堆垛以降低残余H的聚集，抑制钢坯内部微裂纹产生；

2、本发明设计的成分合理，且合金加入量低，通过增加C含量，降低Mn含量，配合加入少量微合金元素Nb、Ti、V，大大降低了合金成本，通过降低坯料加热温度，减少能源消耗，同时保证Nb和V的碳化物和氮化物快速充分固溶于基体中，同时也保证终轧温度处于奥氏体温度区间；此外，保证均热段和加热段在炉时间，同时调控均热段空燃比，以缩短连铸坯上下表面与芯部的温度差异，此外，加热炉均热段的炉头留空位，保证钢坯温度均匀性，最终保证钢板表面横向、纵向金属流动均匀性，也有效抑制奥氏体晶粒过度长大，保证钢板性能和后续轧制板形。

3、粗轧阶段，轧制前三道次尽可能发挥轧机能力，采用大压下率，增加钢板中的累积变形量，加快中间坯短时待温过程中静态再结晶发生，同时通过灵活多变的高压水除鳞工艺，使钢板表面至心部的组织分布均匀，提高钢板的强韧性；减少中间坯待温厚度，加快中间坯温降，减少后续待温时间，轧制后期由于钢板温降，变形抗力增加，末道次采用小压下率轧制，以平整钢板的板形，降低钢板内应力；此外，通过轧制模型设定，当本道次轧制长度到75％时，TCS中的道次表就跳到下一道提前进行定位准备，以提前接收二级的设定辊缝并进行辊缝分配，在每道次含钢信号消失后，就允许与轧制无关的设备进行定位；提高转钢辊道速度和抛钢空过速度间的抛钢距离，使轧制节奏显著提高；控制开冷温度，保证钢板入水时组织为奥氏体态，冷却过程中，采用不同冷速，大冷速度保证心部组织转变，随后采用小冷速，保证心部返红对表面温度温度影响，通过控制冷速及返红温度，抑制钢板表面贝氏体、马氏体相形成以及心部组织贝氏体相数量，避免由于表面发生贝氏体或马氏体相变，影响钢板强韧性，通过侧喷投入，有利于钢板板形的控制，提高钢板性能均匀性，减少扣头、扣尾板形问题的几率。

4、采用热矫直，设定导入、导出辊位置以及压力，保证矫完的钢板平直，板形良好。

5、采用上述加热、轧制和冷却工艺方案，解决了此类钢板由于合金成分低，需在轧制过程中深度控制，影响钢板轧制效率和板形一次通过率等问题。且最终得到的钢板性能与采用现有TMCP工艺生产时相同，钢板平直度在5mm/2m以下，节省后续冷矫直工序成本，钢板横向拉伸的屈服强度≥550MPa，抗拉强度介于670～840MPa之间，延伸率≥17％，-20℃横向夏比冲击功≥34J。满足用户技术要求。据测算，成分、工艺和转钢速度和抛钢速度优化后，厚度16-50mm的屈服强度550MPa级别经济型中厚板的轧制节奏明显提高，平均每块钢板轧制时间减少60-100秒，对提高生产效率、降低生产成本起到显著的效果。

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

其中表1实施例钢的化学成分，表2实施例钢的冶炼工艺制度；表3为实施例钢的铸坯的加热制度及连铸坯轧前高压水除鳞工艺；表4实施例钢的轧制方法；表5为实施例钢的冷却和钢矫直工艺；表6实施例钢尺寸、性能及平直度

表1本发明实施例的化学成分(wt，％)

注：钢中杂质元素P≤0.02％，S≤0.015％。

表2实施例钢的冶炼工艺制度

表3实施例钢的铸坯的加热制度及连铸坯轧前高压水除鳞工艺

表4实施例钢的轧制方法

表5实施例钢的冷却和钢矫直工艺

表6实施例钢尺寸、性能及平直度

由此可见，与现有技术相比，本发明的一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法。使用本发明提供的技术方案解决了此类钢板由于合金成分低，需在轧制过程中控制轧制，影响钢板轧制效率和板形一次通过率等问题。据测算，成分、工艺优化后，厚度16-50mm，屈服强度550MPa级别经济型中厚板每块钢板轧制时间减少60-100秒，钢板平直度在5mm/2m以下，对提高生产效率、降低生产成本起到显著的效果。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高屈服强度550MPa级钢板轧制节奏的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)炼钢及连铸：原料经KR铁水预处理，控制S的含量低于0.015％，扒渣后进入转炉；转炉冶炼中采用双渣法脱P，控制P的含量≤0.020％，转炉冶炼终点控制C的含量在0.13～0.17％；随后进行连铸，连铸拉坯速率为1.5～2.5m/min，控制连铸阶段二冷区电磁搅拌电流强度250～300A，二次冷却比水量为2.3L/kg～2.8L/kg，在水平扇形段，即凝固末端投入重压下，连铸坯压下量12～15mm，下线后的铸坯堆垛48小时以上；

2)铸坯加热：将铸坯送入步进式加热炉内进行加热，铸坯加热到1130～1180℃，均热段和加热段的总加热时间为2.2～3.8小时，总在炉时间3.5～5小时；控制均热段空燃比1:1.7～1:2.3，保证铸坯上下表面温差在15℃以内；同时在加热炉均热段的炉头留3～6个空位；

3)轧制：采用两阶段轧制，粗轧前三道次的每道次压下率大于20％，且轧制的前三道次喷轧机除鳞水，每道次时间0.2～0.5min，压力10～15MPa，中间坯的厚度为成品钢板厚度的1.5～2倍，精轧开轧温度950～980℃，终轧温度860～900℃，精轧不多于四道，轧制末道次压下率控制在5％以下；精轧阶段，当本道次轧制长度到75％时，TCS中的道次表跳到下一道提前进行定位准备，同时将转钢辊道速度提高至3～4m/s，轧后抛钢，抛钢速度5～6.5m/s，随后采用超快冷+层流冷却相结合控冷模式，超快冷开冷温度为820～850℃，终冷温度580～620℃，冷却速度35～40℃/s，随后进入层流冷却，终冷温度450～480℃，冷却速度5～10℃/s，侧喷压力和水量分别为2～5MPa、50～70m³/h；

4)热矫直：导入辊缝-1.2mm～-2.5mm，导出辊缝-2.9mm～-3.8mm，矫直力为2800KN～3500KN；

5)空冷到室温。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢板化学成分按重量百分比计包括：C0.13％～0.17％，Si 0.15％～0.35％，Mn 1.45％～1.65％，P≤0.02％，S≤0.015％，Nb0.03％～0.05％，Ti 0.015％～0.0250％，Al 0.015％～0.035％，V 0.02％～0.05％，B0.0004％～0.0006％，N 0.01％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，通过调节均热段上、下烧嘴开口度，控制空燃比1:1.8～1:2.3。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述热矫直为一道矫直。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢板厚度为16-50mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸坯厚度为250mm以下。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢板采用铸坯在中厚板往复式轧机轧制得到。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢板的横向拉伸的屈服强度≥550MPa，抗拉强度为670～840MPa，延伸率≥17％，-20℃横向夏比冲击功≥34J，平直度在5mm/2m以下。