CN1820086A - 双相组织结构热轧带的生产方法和设备 - Google Patents

Abstract

为了根据现场情况即使在现有的连铸连轧机列的冷却段中也能在完成形变之后通过两级冷却阶段对热轧带进行受控冷却达到生产双相钢材的目的，本发明提出，除了将最终轧制带钢的化学成分保持在规定的精确极限值外，还要进行两级冷却阶段，从热轧带终轧温度A₃－100K＜T_终轧＜A₃－50K到带钢卷取温度T_卷取＜300℃(＜马氏体开始形成温度)，其中，两个冷却阶段中的冷却速度V_1，2在V＝30－150K/s范围，最佳选值在V＝50－90K/s范围，其中，第一个冷却阶段一直到冷却曲线进入铁素体区域结束，然后通过利用奥氏体转化为铁素体释放的转化热使带钢具有一个≤5秒的保温时间，温度T_恒温一直保持到开始进行第二个冷却阶段为止。

Description

双相组织结构热轧带的生产方法和设备

本发明涉及到一种从热轧状态生产热轧带的方法，这种热轧带的组织结构是由铁素体和马氏体两相组成，其中的铁素体最少由70％的奥氏体转化而成，经过精轧以后通过两级受控冷却，热轧带温度降至马氏体形成的温度以下，冷却的过程是在一个冷却段进行，冷却段由成组前后相继间隔距离布置的水冷却装置组成。

已知钢材通过控制冷却可以按照要求转化其组织结构，在这种情况下热轧带进行形变以后进行这种控制冷却以制造双相组织结构的钢材。对此要调整可实现的双相组织结构主要在于从设备技术上讲可能实现的冷却速度和钢材的化学成分。在此不管如何，重要的是在第一个冷却阶段要充分形成铁素体，至少70％，应该避免奥氏体在第一个冷却阶段中转化为珠光体。

紧接着第一个冷却阶段之后是第二个冷却阶段，它必须要有足够的冷却能力使热轧带的卷取温度降至马氏体开始形成温度以下，只有这样才能确保形成一种具有铁素体和马氏体组成的双相组织结构。

众所周知的双相组织钢材的制造技术在热轧带运行速度不大或者说在冷却段有足够长的情况下没有问题。对于热轧带运行速度较高的情况，在现有的冷却段内，第二冷却阶段的始点自然就会向前推进不少，这样以来就会造成紧接着马氏体的形成不完全或者是完全没有进行马氏体的转化，那么热轧带就会产生一种具有铁素体、贝氏体和马氏体含量的混合组织结构，这个混合组织结构达不到纯两相组织结构力求达到的机械性能。

在EP 0 747 495 B1中介绍了一种高强度钢板的生产方法，钢板的组织结构具有75％的铁素体，至少10％的马氏体，可能也有贝氏体和残余奥氏体，因此不涉及到纯两相组织结构。一种含有铌的微合金钢材作为合金来用，为了生产这种合金钢，对经过热轧的钢板进行有目的的冷却，这种冷却是采用先慢速后快速冷却的方法，或者是首先是快速冷却然后是慢速冷却。对于第一冷却阶段来说，在8～40秒的冷却持续时间间隔中其冷却速度达到2～15℃/s，热轧带一直降温到一个Ar₁温度点和730℃范围之间的最终温度。第二冷却阶段的冷却速度在20～150℃/s的范围内，热轧带温度冷却到300℃。先是快速冷却后是慢速冷却的方法其冷却速度在20～150℃/s的范围内，热轧带温度冷却到Ar₃温度点以下。

在EP 1 108 072 B1中介绍了一种双相组织钢材的生产方法，这种生产方法是板材精轧后进行两级冷却——首先慢速冷却，然后进行快速冷却——从而获得具有70-90％铁素体和30-10％马氏体的组织结构，在一个冷却段里完成第一慢冷却阶段，在这个第一冷却阶段中热轧带经过成组前后相继间隔距离布置的水冷却区域，其冷却速度规定在20-30K/s范围之内，在该阶段中冷却要调整到使其冷却曲线还具有较高的温度就进入铁素体区，从而可以迅速形成铁素体，这个第一冷却阶段时间可持续到至少70％的奥氏体转化为铁素体，而紧接着进行其它冷却阶段(快速冷却)且没有停顿时间之前。

根据已介绍的现有技术，本发明的目的在于提出不同的方案生产双相组织结构的钢材，介绍一种方法或者一种设备，利用这种方法或者这种设备可以现有的场地和时间的双重限制条件下常规铸轧设备上生产具有双相组织结构的热轧带，本发明特征在于这种设备的冷却段，在一般情况下不超过50m，并且没有配备紧凑型冷却装置。

通过采用权利要求1所述的特征实现本发明的方法目标。从一种钢材出发，其化学成分为0.01％～0.08％C，0.9％Si，0.5～1.6％Mn，1.2％Al，0.3～1.2％Cr，其余为铁以及一般的伴生元素，为了获得一种具有70-95％铁素体和30-5％马氏体组成的双相组织结构，具有较高机械强度和较高形变能力(抗拉强度大于600MPa，断裂韧性最小25％)的热轧带，在一个铸轧机列的冷却段中进行两级受控冷却，从一个精轧带钢温度T_精轧(A₃-100K)＜T_精轧＜A₃50K降至卷取温度T_卷取＜300℃(小于马氏体开始形成温度)，在这个两级冷却过程中冷却速度V_1，2在V＝30-150K/s之内，最佳值位于V＝50-90K/s之间，第一冷却阶段进行到冷却曲线进入铁素体区域为止，利用奥氏体转化为铁素体所释放的转化热保持达到的带钢温度不变，冷却停顿时间为5秒，然后进入第二个冷却阶段。

由于现有铸轧机列中的冷却段长度不大，只有采用一个特殊的冷却策略才能制造具有双相组织结构的热轧带，为了能实施这种冷却策略必须遵守钢材化学成分的极限值，如权利要求1所述，以便在可供使用的短暂的冷却时间内达到所期望的转化率。

因此冷却策略提出采用可选择不同冷却速度的两级冷却方法，这两个冷却阶段通过最长时间5秒的等温停顿阶段隔开。和第一冷却阶段结束时间相对应的冷却停顿开始时间可通过冷却曲线进入铁素体区域的时间或者奥氏体开始转化为铁素体的时间进行确定。在这个最长5秒钟等温的短暂冷却时间内，按照本发明的要求利用释放的转化热使热轧带温度保持在一个恒定值，在这种情况下使不可避免的空气冷却得到补偿，从而在短暂冷却停顿期间奥氏体向铁素体进行转化，力争达到至少70％的铁素体。紧接着这个冷却停顿阶段开始进行第二冷却阶段，直到热轧带冷却至300℃以下，由于这个温度低于马氏体开始形成温度，那么在第二冷却阶段中就会按要求值获得第二个组织结构成分马氏体。

除了进行短暂的冷却停顿之外，还要通过精确预定的冷却速度确定两个冷却阶段的冷却策略，这个冷却速度位于V＝30-50K/s之内，最佳值位于V＝50-90K/s之间，取决于热轧带的几何形状以及使用钢种的化学成分。对于这些冷却速度必须加以说明，在常规连铸连轧设备上冷却段中由于可用的冷却时间不长冷却速度不可能小于30K/s，而在这种类型的冷却段中的冷却速度同样也不会超过150K/s。

与现有技术双相组织结构的热轧带的制造比较，除了不同的输出钢材化学成分外本发明所述的方法特征还在于：

a)精轧温度明显低于A₃-温度之下，

b)在第二冷却阶段中一直降至300℃以下，

c)冷却速度位于小于150K/s和大于30K/s的范围内，

d)在两个冷却阶段之间设置一个最长5秒钟的非常短暂的冷却停顿时间，其间不进行冷却，

e)转化成铁素体产生等温线。

实施本发明所述方法的设备特征是在最后一台精轧机架之后布置的连铸连轧设备的常规冷却段，这个冷却段由成组前后相继间隔距离布置的可调节的带有水冷梁的冷却装置组成。每一组冷却装置中配备的水冷梁能够均匀给热轧带的上下两面提供所规定的水量。通过在轧制期间关闭或者接通单个冷却梁可以调节总供水量，接通水冷梁的数目和配置可以提前进行调整变更，以便使整体冷却段适合于调节到最佳的冷却状态。

有关本发明其它元件，特征和性能随后通过对图中示出的实施例作进一步的阐述。

图示：

图1一种热轧带的时间-温度-冷却曲线

图2一台配有6机架精轧机列的连铸连轧设备的冷却段布置图

图3一台配有7机架精轧机列的连铸连轧设备的冷却段布置图

在图1中举例示出热轧带的时间-温度变化过程的冷却曲线，按照本发明介绍的冷却方法在一个冷却段1中的输出辊道上进行冷却。热轧带的化学成分是：0.06％C，0.1％Si，1.2％Mn，0.015％P，0.06％S，00.036％Al，0.15％Cu，0.054％Ni，0.71％Cr，其余为铁以及一般的伴生元素，采用的冷却速度V₁＝54K/s，精轧温度调节到T_精轧为800℃，在第一冷却阶段中热轧带温度降至670℃，在这个冷却过程中其冷却曲线进入到铁素体区域。然后在大约4秒的冷却停顿期间，热轧带温度一直保持在这个等温温度T_恒值，最后在具有冷却速度V₂为54K/s的第二冷却段，将热轧带温度降至300℃(大约250℃的卷取温度)。按照本发明的冷却方法生产的热轧带具有一个双相组织结构，力求获得铁素体至少占70％比例，马氏体少于20％，用这种热轧带做试验得出抗拉强度达到620MPa并具有0.52的屈服点与抗拉强度之比。

在图2中举例说明在常规连铸连轧设备上按照本发明所述的冷却段1的布置图，在最后一台精轧机2和卷取机5之间布置一个冷却段1，热轧带10沿着运行方向8经过冷却段1，为了控制进入冷却段中的热轧带10的温度，在最后一台精轧机2和第一组水冷装置3₁之间设置一个测温点6，冷却段1按图2所示由总共8组冷却装置组成，3_1-7和4，其中后者常常是作为平衡区域4设计的。6组和9组冷却装置之间的通用部分属于一个常规冷却区域，取决于当前的连铸连轧设备的情况。

图2示意出一个配有6机架轧机的连铸连轧设备上一个冷却段的标准布置，在间隙处能看出冷却装置3₇和冷却装置4。在以后扩建成7机架精轧机列常常受限，例如第一组冷却装置(冷却区)3₁必须向后移装到冷却装置3₇和冷却装置4之间的空隙中，在这种情况下结果是按图3所示冷却段1′的布置，它与图2所示冷却段1的布置方式的区别仅仅是在冷却装置3₇和冷却装置4之间的空隙取消了，所以图3中各结构件和部件的附图标记和图2中的附图标记相对应。第一组冷却装置3₁′作为一个例外，在冷却装置3₂到冷却装置3₇的一般长度中，第一组冷却装置3₁′的上冷却梁和图2中的冷却装置3₁的冷却梁相反。

一般情况下每组冷却装置在其上下两侧各配备四个冷却梁，为了冷却热轧带的上面10′和下面10″，每个冷却梁配备两排水管，图2所示的一组冷却装置3₁作为一个特殊情况，由于场地的原因上面少设置一个冷却梁。

平衡区域4区别于前面几组冷却装置3_1-7，冷却装置3_1-7为每个冷却梁配有一个可开关的阀件7而平衡冷却区域4每个冷却梁上配备2个阀件7，这就说明在平衡冷却区域中每排冷却管可以单独控制，这样就可以更精确地调整供水量。

根据轧制后的最终热轧带厚度改变来自于精轧机列热轧带的运行速度，因此为了调整热轧带的性能而能够调节所要求的时间一温度特性曲线，运行方式要和冷却段的运行方式相适应。以3mm厚度的热轧带为例，第一个冷却阶段只需要使用冷却装置3₁和冷却装置3₂，在第二冷却阶段中使用冷却装置3₅，冷却装置3₆，冷却装置3₇和平衡区域4就可以就能达到目的。对于2.0mm厚的精轧热轧带来说，考虑到带边变化的情况第二冷却阶段只使用冷却装置3₆，冷却装置3₇和平衡区域4。

附图标记清单：

1     冷却段

2     最后一台精轧机

3_1-7  成组水冷装置

4 成组水冷装置(平衡区域)

5 卷取机

6 温度测量点

7 调节阀

8 运行方向

10 热轧带

10′  热轧带上表面

10″  热轧带下表面

V₁    第一冷却阶段的冷却速度

V₂    第二冷却阶段的冷却速度

T_精轧 最后一台精轧机轧制后的热轧带温度

T_恒温 等温时间结束后的热轧带温度

T_卷取 冷却结束后的热轧带温度(卷取温度)

Claims (4)

1.从热轧状态制造具有铁素体和马氏体组成的双相组织结构的热轧带(10)的方法，其中至少70％的奥氏体转化成铁素体，经精轧之后在一个由成组前后相继间隔距离布置的水冷却装置(3_1-7，4)组成的冷却段(1，1′)中通过受控的两级冷却，温度降至马氏体开始形成温度以下，其特征在于，

以化学成分为：0.01～0.08％C，0.9％Si，0.5～1.6％Mn，1.2％Al，0.3～1.2％Cr，其余为铁以及一般的伴生元素的钢来说，为了在一个连铸连轧设备的冷却段中获得一种具有70％-95％铁素体和30％-5％马氏体组成的双相组织结构、具有高机械强度和高形变能力(抗拉强度大于600MPa，断裂韧性最小25％)的热轧带(10)，

a)进行两级受控冷却，从一个精轧带钢温度T_精轧，A₃-100K＜T_精轧＜A₃50K降至一个卷取温度T_卷取＜300℃(小于马氏体开始形成温度)，在这个两级冷却过程中冷却速度V_1，2在V＝30-150K/s之内，最佳值位于V＝50-90K/s之间，

b)第一冷却阶段进行到冷却曲线进入铁素体区域为止，利用奥氏体转化为铁素体所释放的转化热保持等温达到的带钢温度T_恒值，冷却停顿时间为5秒，然后开始第二个冷却阶段。

2.实施权利要求1所述方法的，用于从热轧状态生产具有双相组织结构的热轧带(10)的连铸连轧设备，包括一个布置在最后一台精轧机(2)之后的冷却段(1，1′)，这个冷却段由成组前后相继间隔距离布置的冷却装置(3_1-7，4)组成，其特征在于，

冷却段(1，1′)具有一个对常规连铸连轧设备来说通常的长度(＜50m)，其中布置相应数量的可调水冷却装置(3_1-7，4)，使得根据热轧带厚度和热轧带的运行速度，通过和整个冷却段匹配的运行方式能够调整每个冷却段需要的冷却速度以及在两个冷却段之间在热轧带温度T恒温时实现必要的停顿时间。

3.按照权利要求2的连铸连轧设备，其特征在于，

每组水冷却装置(3_1-7，4)都配备多个通过可切换的阀件(7)调节的冷却梁，该冷却梁使经过的热轧带(10)的上表面(10′)和下表面(10″)均匀地受到所规定的水量加载，用于热轧带上表面(10′)和下表面(10″)的水量也相对平衡。

4.按照权利要求3的连铸连轧设备，其特征在于，

用于冷却热轧带上表面(10′)和下表面(10″)的最后一组水冷却装置(4)为上下各4个冷却梁分别配备8个可切换的阀件(7)以达到准确调节供水量。

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