CN104907335B - 一种适用于碳‑锰中厚钢板的过冷奥氏体轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于碳‑锰中厚钢板的过冷奥氏体轧制方法，将连铸坯加热至1170℃～1250℃，在中厚板轧机上，采用奥氏体再结晶区和过冷奥氏体两阶段轧制：奥氏体再结晶区轧制的终轧温度为1000～1080℃，所得中间坯的厚度为成品钢板厚度的1.8倍及以上；在钢板待温过程中，将钢板送入ACC装置进行冷却，然后将钢板返送回中厚板轧机上，过冷奥氏体轧制的开轧温度为780～820℃，过冷奥氏体轧制完成后再将钢板送入ACC装置冷却，冷却的终冷温度为600～700℃，最后空冷。采用过冷奥氏体轧制，极大的减少了待温时间，降低成本，奥氏体在大过冷度下进行变形，增加相变时铁素体形核率，产生钢板表层的细晶组织。
Description
技术领域
本发明属于钢板冶炼的轧制工艺技术领域，具体涉及一种适用于碳-锰中厚钢板的过冷奥氏体轧制方法。
背景技术
在提高金属材料强度的诸多途径中，细化晶粒强化可以在不降低材料韧性的前提下提高材料的强度，热机械处理(TMCP)能够有效地细化晶粒，进而提高材料的力学性能。对于低碳钢，TMCP细化晶粒的能力有限，细化晶粒所能达到的极限尺寸仅为10 μm 左右，尽管添加合金元素可以进一步细化晶粒，但却显著提高生产成本。近年来，形变诱导铁素体相变(deformation induced ferrite transformation，DIFT)以其显著的晶粒细化效果和相对低廉的生产成本，得到了人们广泛的关注和深入的研究。目前DIFT工业化应用，由于晶粒过细，存在屈强比高，以及室温时效的问题，推广应用不显著。目前，常规产品生产中，仍优先选用TMCP轧制，TMCP轧制一般是通过奥氏体再结晶区与奥氏体非再结晶区轧制，轧制后进行层流冷却或者加速冷却（Accelerated cooling，ACC）。尽管如此，人们在寻求稳定的超细晶路上却一直不断地努力着。有研究利用在实验室通过Gleeble 1500热模拟实验机上进行模拟，通过实验设计，使过冷达到200K，真应变达到0.9，在C-Mn钢板内获得了超细晶表层组织。该方法没有进一步应用在工业化试制中，但是深过冷的思路，有望在薄板上越用。而对于中厚板，因中厚板不仅需要深过冷，还要求大应变，因而不可能在中厚板生产上应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种过冷奥氏体轧制方法，适用于碳-锰中厚钢板的轧制，能够在钢板表层获得细晶组织，钢板1/4厚度处晶粒细小，提高钢板的力学性能，减少中厚钢板轧制过程中的待温时间，降低钢板冶炼成本，提高生产效率。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种适用于碳-锰中厚钢板的过冷奥氏体轧制方法，将连铸坯加热至1170℃～1250℃，在中厚板轧机上，采用奥氏体再结晶区和过冷奥氏体两阶段轧制：奥氏体再结晶区轧制的终轧温度为1000～1080℃，所得中间坯的厚度为成品钢板厚度的1.8倍及以上；在钢板奥氏体再结晶区轧后的待温过程中，将钢板送入ACC装置进行冷却，钢板出ACC装置的温度为760～820℃，钢板表层冷却速度控制为8～15℃/s；然后将钢板返送回中厚板轧机上进行过冷奥氏体轧制，过冷奥氏体轧制的开轧温度为780～820℃，该温度区间低于碳-锰钢的Ae3温度，过冷奥氏体轧制完成后再将钢板送入ACC装置冷却，冷却的终冷温度为600～700℃，最后空冷。
上述轧制方法所得碳-锰钢板成品的表层平均晶粒尺寸介于3～5μm。
上述轧制方法所适用的碳-锰中厚钢板中C：0.05～0.15wt%，Mn：0.60～1.50wt%，钢板奥氏体铁素体平衡相变点Ae3温度≥820℃。
由于钢中元素C、Mn是影响奥氏体铁素体平衡相变点Ae3温度的主要关键元素，本发明为了使碳-锰中厚钢板实现过冷奥氏体轧制，对钢的化学成分进行了限定：
C：影响钢力学性能的主要元素，当碳含量低于0.05%则强度低，碳含量越高，Ae3温度越低，当含量高于0.15%时，Ae3温度很容易低于820℃，很难实现过冷奥氏体轧制，本发明将C含量区间设定在0.05～0.15wt%。
Mn：能够推迟奥氏体向铁素体的转变，可以加大终轧温度窗口，细化铁素体，提高强度和韧性。屈服强度介于235MPa级碳-锰中厚钢板的锰含量通常≥0.60wt%。与碳对Ae3温度影响一样，锰含量越高，Ae3温度越低，当锰的含量高于1.50wt%时，Ae3温度很容易低于820℃，不利于本发明方法的实施。因此，本发明轧制方法更适用于锰含量在0.60～1.50wt%范围内的中厚板。
中厚板如：结构钢、船板钢、桥梁钢、风电用钢、桥梁钢大部分钢种的C含量介于0.05～0.15wt%，Mn含量介于0.60～1.50wt%，而这类钢种占整个中厚板产量的70%左右，因而本发明方法具有更广泛的使用范围。
本发明通过一种奥氏体过冷轧制方法，采用奥氏体再结晶与过冷奥氏体两阶段轧制，并在两次轧制之间采用冷却水冷却，大大降低了钢板的待温时间（通常中厚板待温时间介于5～15min），所得C-Mn钢成品获得了钢板表层细晶，表层平均晶粒尺寸介于3～5μm，钢板内部组织细小均匀，强度性能稳定，冲击韧性优异（Akv, -40℃）≥100J，正火后强度下降不明显，冲击韧性得到提高。
经试验，已成功轧制出38mm厚的高强度高韧性EH36船板钢，可推广应用至其它低级别以及同强度级别的桥梁、建筑用钢，提高生产效率与降低生产成本。由于表层钢板的均匀性，细晶，也可将产品升级应用提升，用于耐磨、承压设备用钢板的制造。
本发明具有如下优点：
1、过冷奥氏体轧制前进行快冷低温轧制，以便确保奥氏体在大过冷度下进行变形，增加Gibbs 自由能、塑性功、相变驱动力，从而增加相变时铁素体形核率，产生钢板表层的细晶组织。
2、采用过冷奥氏体轧制，极大的减少了待温时间，降低成本。
3、目前两种工业化应用的生产细晶组织的DIFT与结合增加微合金元素的TMCP方法轧制方法，前者大变形轧制，易导致钢板瓢曲与加剧轧辊磨损，相当于增加了钢板生产成本。后者，增加微合金元素会显著增加生产成本。显然，通过在两次轧制之间设置冷却水进行快速冷却以达到过冷奥氏体的目的，是最经济与有效的一种方式。
4、本发明的轧制方法可推广应用至其它低级别以及同强度级别的桥梁，建筑用钢。由于表层钢板的均匀性，细晶，也可将产品提升应用于耐磨、承压设备用钢板的制造上。
5、本发明可以同样推广应用至其它的轧制产线上进行，比如中厚板炉卷轧机、薄板坯连铸连轧机线、薄板带轧机等。
附图说明
图1为实施例1中钢板在厚度方向近表面处典型组织；
图2为实施例1中钢板在厚度方向1/4处典型组织。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
在中厚板轧机上，以EH36钢种为例，选择两块厚度为370mm的C-Mn连铸坯，相应钢的化学成分按重量百分比计包含C：0.11%，Si：0.25%，Mn：1.50%，P：0.007%，S：0.002%，Al:0.030%, Ti:0.012%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。通过Thermo-calc 软件计算两块钢Ae3温度829℃。将连铸坯加热温度至1170℃～1250℃温度区间内，采取奥氏体再结晶区和过冷奥氏体（低于钢板奥氏体铁素体平衡相变点Ae3）两阶段轧制：奥氏体再结晶区轧制的终轧温度控制在1000～1080℃，所得中间坯的厚度控制为成品钢板厚度的1.8倍及以上，在钢板奥氏体再结晶区轧后的待温过程中，将钢板送入ACC装置冷却，钢板出ACC装置时，钢板表层温度控制为760～820℃，钢板表层冷却速度控制为8～15℃/s；然后再返回中厚板轧机进行过冷奥氏体精轧，精轧开轧温度为780～820℃，之后，再次将钢板送入ACC装置进行轧后冷却，冷却的终冷温度控制为600～660℃范围内，随后空冷。
具体地，该两块连铸坯的轧制工艺参数见表1，
表1
上述轧制方法所获得成品钢板的性能如表2所示，从实施例的拉伸性能来看，钢板屈服强度横向拉伸性能介于410～430MPa之间，抗拉强度介于560～580 MPa之间，强度适中，屈强比较低≤0.76，延伸率适中，-40℃纵向冲击韧性值≥100 J。
表2
成品钢板经进一步正火处理后，正火工艺为880～910℃处理，保温1.8min/mm。正火后各实施例钢板对应的力学性能如表3所示。通过对比，采用过冷奥氏体精轧的钢板经过正火处理后，钢板强度性能下降不明显，屈服下降10～15MPa，抗拉强度仅下降20～30MPa，并且经正火后，冲击性能、延伸率明显改善，由此可知，通过过冷奥氏体轧制后的钢板不影响用户高温服役性能。
表3
综上，按照实施例中轧制工艺所获的钢板，其力学性能完全满足船级社规范以及GB712 中EH36钢力学性能要求。并且各项性能指标富余量较大，经正火处理后，强度下降不明显，冲击性能、延伸率明显改善。通过过冷奥氏体轧制，钢板不影响用户高温服役性能。获得的组织优异，图1为实施例1对应钢板在厚度方向近表面处典型组织，由铁素体、珠光体组织组成，晶粒细小均匀，平均晶粒尺寸介于3～5μm。图2为实施例1对应钢板在厚度方向1/4处典型组织，由铁素体、珠光体组织组成，晶粒细小均匀，平均晶粒尺寸介于5～8μm。性能显著，且生产成本低廉。该轧制方法还具有生产工艺控制稳定，易于批量化生产等特点。
Claims (2)
1.一种适用于碳-锰中厚钢板的过冷奥氏体轧制方法，其特征在于：将连铸坯加热至1170℃～1250℃，在中厚板轧机上，采用奥氏体再结晶区和过冷奥氏体两阶段轧制：奥氏体再结晶区轧制的终轧温度为1000～1080℃，所得中间坯的厚度为成品钢板厚度的1.8倍及以上；在钢板奥氏体再结晶区轧后的待温过程中，将钢板送入ACC装置进行冷却，钢板出ACC装置时，钢板的表层温度控制为760～820℃，钢板表层冷却速度控制为8～15℃/s；然后将钢板返送回中厚板轧机上进行过冷奥氏体轧制，过冷奥氏体轧制的开轧温度为780～820℃，该温度区间低于碳-锰钢的Ae3温度，过冷奥氏体轧制完成后再将钢板送入ACC装置冷却，冷却的终冷温度为600～700℃，最后空冷；
所述碳-锰中厚钢板的C：0.05～0.15wt%，Mn：0.60～1.50wt%，钢板奥氏体铁素体平衡相变点Ae3温度≥820℃。
2.根据权利要求1所述的适用于碳-锰中厚钢板的过冷奥氏体轧制方法，其特征在于：所得碳-锰钢板成品的表层平均晶粒尺寸介于3～5μm。
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