CN101844162A - 一种热轧高强钢残余应力消除方法 - Google Patents

Abstract

一种热轧高强钢残余应力消除方法，生产流程包括(1)对厚度≥8mm的钢卷入缓冷坑缓冷处理；(2)对于厚度＜8mm的钢卷进行空冷，钢卷冷却到室温后，进行平整轧制，重新卷取成卷。采用辊式矫直机组对上述进行过处理的高强钢卷进行矫直开平、定尺、横切成钢板。采用辊底式热处理炉对开平的钢板进行去应力退火，消除钢板内应力，出炉后采用堆垛冷却方式进行缓冷，最后用矫直机组进行钢板的矫直，使得高强钢板获得良好的板形稳定性，能够满足用户对高强钢板的平坦度小于等于2mm/m的严格要求。可以利用现有的热处理炉和辊式矫直设备，降低了投资成本和加工成本，缩短了退火处理时间，并可以达到罩式退火的板形改善效果，对于高强钢的开发，具有重要的经济和社会意义。

Description

一种热轧高强钢残余应力消除方法

技术领域

本发明属于钢材加工方法技术领域，涉及热轧高强钢板残余应力消除方法，特别适用于消除热轧高强钢在轧制和冷却过程中产生的残余应力，并最终满足高强钢用户使用的板形质量要求。

背景技术

热轧工程机械用高强钢和汽车大梁板等是以钢卷形式生产，用户使用时需要进行矫直并横切成钢板。板形是用户要求越来越高的一个质量指标，严重的板形缺陷可能导致用户使用时候延迟生产、损伤加工设备、焊接困难等问题。需要对最终板卷的板形进行控制，提供给用户的产品具有高质量的板形。工程上使用的钢材高强化趋势越来越明显，而且用量也在持续增大。带钢强度越高，带钢的内应力会越大，导致轧后开平过程和使用过程出现大的变形，尤其是600MPa级别以上的高强钢，需要进行从机械加工与热处理结合的方法消除残余应力。

残余应力是当无任何工作载荷作用的情况下存在于构件内部且在整个构件内部保持平衡的应力。热轧高强带钢在轧制、开平、热处理等工艺中都可能产生残余应力。热轧带钢内部残余应力问题实质上是板形问题。

用户所希望得到的是内应力均匀分布或者无内应力，板形良好的带钢。提高热轧带钢的板形质量可以减少带钢使用过程中由于形变带来的附加工序，提高生产效率和成材率。解决板带生产中残余应力问题是一项具有巨大经济意义并具有非常重要的社会意义。

热连轧生产高强板生产流程主要步骤：连铸板坯加热→粗除鳞→定宽压力机→粗轧→飞剪切头尾→精除鳞→精轧(6到7机架四辊轧机)→轧后层流冷却→卷取成钢卷。轧制过程中的板形控制是通过辊形设计、二级控制模型、轧制温度、合理负荷分配等工艺过程的优化来保证。轧后冷却过程中由于横向温度分布均匀性和冷却速率的影响，板形还会发生变化。另外，热轧带钢层流冷却后要进入卷取机被卷成钢卷，导致带钢卷取过程中产生附加的纵向弯曲变形内应力。专利200510110981.6给出了一种热连轧高强钢板残余应力的测试方法，为矫直工艺设定做参考和指导。用户基本上都是采用辊式矫直机组对热轧板卷进行矫平、横切定尺。辊式矫平技术对长度差异导致的卷形和横弯缺陷具有消除作用，而对边浪、中浪、镰刀弯和瓢曲等类型缺陷不能做到彻底的消除。拉弯矫直机或平整机组是消除上述两类板形缺陷的一个很好的工具，但目前也只是在冷轧带钢生产过程中大量使用，如专利申请号200620092768.7、200510024681.6等涉及到平整或者拉矫工艺的专利。专利申请号200910093663.1确定了轧后走平整轧制→罩式退火→辊式矫直的工艺路线，并取得了良好的效果。但是，由于薄规格的冷轧产品诸如热轧酸洗板、薄规格集装箱板、高强钢和镀锡板等板形难于控制，均需进行平整轧制，这给平整机的生产带来了巨大的压力，难以完成所有钢种的平整任务。同时，罩式退火炉的投资额度也较大，投资成本较高，故需对热轧高强钢的产品，尤其是厚规格产品进行消除残余应力工艺路线改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热轧高强钢残余应力消除方法，消除和均匀宽带钢热连轧生产线生产的高强钢板卷的残余应力，使得热连轧高强钢板具有高精度板形质量，满足用户的使用要求。

本发明的技术解决方案是：

一种热轧高强钢残余应力消除方法，生产流程包括以下步骤：连铸板坯加热→粗除鳞→定宽压力机→粗轧→飞剪切头尾→精除鳞→精轧(6机架或7机架四辊轧机)→层流冷却→卷取成钢卷，其特征在于：

(1)对厚度规格≥8mm的钢卷先进行缓冷处理，冷却到温度低于100℃；对厚度规格＜8mm的钢卷先空冷到室温，再进行平整轧制加工，重新卷取成钢卷；

(2)采用辊式矫直机对上述处理过的热轧高强钢卷进行开平、定尺和横切；

(3)采用辊底式热处理炉，对开平后的钢板进行退火处理，出炉后采用堆垛冷却方式进行缓冷，最后在辊式矫直机上进行矫平。

辊底式热处理炉退火工艺过程如图2所示，具体参数如下：

炉内气体环境：氮气

炉内温度均匀性：±5℃

退火温度(T1)范围：520～560℃

升温时间(t1)：30～100分钟

保温时间(t2)：100～150分钟

冷却时间(t3)：大于1500分钟

冷却方式：堆垛冷却。

本发明的技术效果：

工程上使用的钢材高强化趋势越来越明显，而且用量也在持续增长。带钢强度越高，带钢的残余应力会越大，导致轧后开平过程和使用过程出现大的变形。对热轧高强钢板卷产品，尤其是对于屈服强度大于600MPa的产品，采用本发明的技术解决方案，对高强钢进行残余应力消除和均匀化处理，效果显著，此工艺流程可以显著改善高强钢开平板的板形质量，并使得用户获得良好的板形稳定性。残余应力控制水平可以和同类国外进口产品相媲美，替代进口，实现了高强钢产品的开发目标。同时，可以利用现有的热处理炉和辊式矫直设备，而不需要另外再投资建设专门对整卷带钢进行去应力退火处理的罩式退火炉，降低了投资成本和加工成本，缩短了退火处理时间，并可以达到罩式退火的同样的板形改善效果，对于高强钢的开发，替代进口产品，具有重要的经济和社会意义。

附图说明

图1是消除热连轧高强钢板形缺陷的工艺流程图；

图2是辊底式热处理炉去应力退火工艺图；

图2中：t表示时间，T为温度

图3是轧制规格为6×1400mm和8×1500mm(厚度×宽度)SQ600MCC，

采用4种不同的工艺路线后板形测量比较结果图。

图3中：横坐标中T表示带钢横向不平度，L表示纵向不平度，C表示镰刀弯，纵坐标Y表示不平度或者镰刀弯的数值，单位为mm；曲线1：工艺路线为轧制→空冷→矫直开平(6mm厚度)，曲线2：工艺路线为轧制→空冷→矫直开平(8mm厚度)，曲线3：工艺路线为轧制→缓冷→矫直开平(6mm厚度)，曲线4：工艺路线为轧制→缓冷→矫直开平(8mm厚度)，曲线5：本发明工艺路线为轧制→缓冷→辊式矫直机组矫直开平→定尺并横切钢板→辊底式热处理炉退火→堆冷→辊式矫直(8mm厚度)，曲线6：本发明工艺路线为轧制→空冷→平整轧制→重卷→辊式矫直机组矫直开平→定尺并横切成钢板→辊底式热处理炉退火→堆冷→辊式矫直(6mm厚度)

具体实施方式

在首钢热轧高强钢板卷开发的过程中，尤其是对于强度较高的工程机械用钢和汽车大梁板等产品，用户对带钢的使用板形，也就是残余应力的要求非常高。高强钢存在的残余应力主要是由于热连轧宽带钢的轧制过程和冷却过程存在温度、相变等非均匀性条件导致。为了保证热轧高强钢产品的顺利开发，特别是对于屈服强度级别大于等于600MPa的产品，需要对热轧后的钢卷内部的残余应力进行消除和均匀化处理，保证用户使用时候的良好板形质量。尽管可以采用平整轧制过程来改善带钢板形质量，但是由于薄规格的冷轧产品、热轧酸洗板、薄规格集装箱板、高强钢和镀锡板等板形难于控制并要求高的品种均需要进行平整轧制，改善带钢板形质量，这给平整机的生产带来了巨大的压力，难以完成所有钢种的平整任务。故对高强钢的产品，尤其是根据不同的厚规格产品进行不同的工艺路线设计。

在首钢迁钢2250mm热连轧生产线上进行了SQ600MCC的轧制，规格为6×1400mm和8×1500mm(厚度×宽度)两种，包括温度、压下制度等在内的各种轧制条件均一致。具体轧制板形情况也接近：轧制时均是头部有100到300IU的中浪板形，后续是微边浪板形。

对轧制完的钢卷，采用如下工艺步骤：

(1)轧制后→缓冷坑缓冷(8.0mm厚度规格)→辊式矫直机组矫直开平→定尺并横切成钢板→送入辊底式热处理炉进行退火处理(中板厂)→堆垛冷却→辊式矫直(中板厂)→板形测量

(2)轧制后→空冷(6.0mm厚度规格)→平整轧制→重卷成卷→辊式矫直机组矫直开平→定尺并横切成钢板→送入辊底式热处理炉进行退火处理(中板厂)→堆垛冷却→辊式矫直(中板厂)→板形测量

相关工艺步骤中的参数设定：

1)保温坑缓冷工艺参数：进坑温度为520～550℃，缓冷到低于100℃后出保温坑。

2)平整过程具体的参数设定：

张力设定：前张力30MPa、后张力10MPa

延伸率：1.0％

轧制力：320t

弯辊力：-40t

3)9矫直机开平工艺参数设定：

入口压辊间隙：7mm

出口压辊间隙：17mm

4)LOI辊底式热处理炉及其退火工艺参数设定：

炉内气体环境：氮气

炉内温度均匀性：±5℃

退火温度(T1)范围：550℃

升温时间(t1)：40分钟

保温时间(t2)：120分钟

冷却时间(t3)：大于1500分钟

冷却方式：堆垛冷却。

在试验用高强钢板进炉前，先进一长度大于9m、宽度大于1500mm的钢板进行加热，做为铺垫用；几块板子分别叠加在一起，做为一个厚板整体入炉；跟随垫板，进热处理炉；最后进炉一块长度大于9m、宽度大于1500mm的厚板作为盖板。

5)中板矫直机型式及其工艺参数：

矫直机型式：四重十一辊

矫直辊数：11根

上矫直辊数：5根

下矫直辊数：6根

矫直辊规格：

矫直辊辊距：280～300mm

支承辊规格：φ260～320×400mm(分段)

矫直机辊缝工艺参数设定：

入口压辊间隙：6mm

出口压辊间隙：14mm

对所取的试样进行初始板形测量，主要包括宽度和长度方向的不平度、还有镰刀弯，并做好记录。采用本发明工艺路线与轧制完分别进行空冷和缓冷然后矫直开平的工艺路线的板形测量结果比较，如图3所示，从中可以看出，轧制后→8.0mm厚度规格入缓冷坑缓冷/(6.0mm厚度规格空冷→平整轧制→重卷成卷)→辊式矫直机组矫直开平→定尺并横切成钢板→送入辊底式热处理炉进行退火处理→堆垛冷却→辊式矫直的工艺路线可以满足最终用户要求的2mm/m的板形质量。采用此工艺过程，可以彻底消除热连轧高强钢板卷的内应力，使得采用此工艺生产的高强钢板具有稳定的平整板形质量，满足用户高精度板形质量的要求。热连轧高强钢采用此工艺进行轧后加工，可以实现批量的高品质板形质量的钢板的生产和供货，而且由于板形问题的解决，成材率得到提高，用户反馈良好，效益显著。

Claims (2)

1.一种热轧高强钢残余应力消除方法，生产流程包括以下步骤：连铸板坯加热→粗除鳞→定宽压力机→粗轧→飞剪切头尾→精除鳞→精轧→层流冷却→卷取成钢卷，其特征在于：

(1)对厚度规格≥8mm的钢卷先进行缓冷处理，冷却到温度低于100℃；对厚度规格＜8mm的钢卷先空冷到室温，再进行平整轧制加工，重新卷取成钢卷；

(2)采用辊式矫直机对上述处理过的热轧高强钢卷进行开平、定尺和横切；

(3)采用辊底式热处理炉，对开平后的钢板进行退火处理，出炉后采用堆垛冷却方式进行缓冷，最后在辊式矫直机上进行矫平。

2.根据权利要求1所述的热轧高强钢板形控制方法，其特征在于，辊底式热处理炉退火工艺参数：

炉内气体环境：氮气

炉内温度均匀性：±5℃

退火温度(T1)范围：520～560℃

升温时间(t1)：30～100分钟

保温时间(t2)：100～150分钟

冷却时间(t3)：大于1500分钟

冷却方式：堆垛冷却。

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