CN115558744B

CN115558744B - 一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法

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Publication number: CN115558744B
Application number: CN202211057773.4A
Authority: CN
Inventors: 刘朋; 乔松; 蔡茗宇; 刘德红; 王永; 赵显鹏; 蔡瑞涛; 贾保祯; 周起; 陈洪川; 刘朝振; 梁会印
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-11-29
Anticipated expiration: 2042-08-30
Also published as: CN115558744A

Abstract

本发明涉及钢板在线淬火技术领域，具体涉及一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，包括铸坯加热后卷轧、预矫直、超快速冷却、温矫直所得。本发明采用少量的Nb、Ti进行微合金化，能够满足高强度、高韧性的要求；本发明提供的在线淬火方法，利用卷轧后的余热，进入到超快速冷却系统进行在线淬火，可以省去再加热淬火，节约能源，提高生产效率；本发明生产制得5～16mm规格高强、高韧性钢板，母板长度为80～400m，以＞60℃/s的冷却速度进行在线淬火，相比同类型钢板进行再加热离线调质和TMCP工艺，降低了生产成本、降低了能耗、提高了生产效率、缩短了生产周期，实现低碳生产。

Description

一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法

技术领域

本发明涉及钢板在线淬火技术领域，具体涉及一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法。

背景技术

目前，很多中厚板产线采用在线淬火工艺，具备批量生产成品厚度大于等于20mm的高强钢板能力。限于其在生产薄规格在线淬火高强钢板时，存在对辊期要求苛刻、板型控制难度大、无法实现批量生产等缺点。薄规格高强钢板轧后的热处理工艺主要采用离线调质工艺处理，这种生产模式生产周期较长，能耗大。除此之外，还有研究使用TMCP方式生产薄规格高强钢，对生产组织、加热工温度、轧制工艺、水冷工艺及控制精度、矫直工艺等均有很苛刻的要求，此方法成分设计高，工艺控制难，钢板纵向性能均匀性差，冷矫挽救量大。变相的增加了生产成本，不能保证及时交货和性能稳定性。

热连轧机组在生产薄规格钢板具有得天独厚的优势，但是生产出的钢卷在使用之前需要进行开平处理；在开平板时，存在应力不均现象，板形和表面质量很难保证，容易造成二次损伤；同时由于宽度有限，使用时焊接量增加，造成成本增高。

机械制造业在朝着轻量化的方向发展，对薄规格高强度钢板的需求量越来越大；同时还要满足冶金行业节能降耗的要求。因此，薄规格高强钢板的生产需要一种成本低廉、能耗低、生产节奏快，且能保证钢板外观质量、性能质量稳定的生产工艺。

发明内容

针对现有技术薄规格高强度钢板工艺难以控制等问题，本发明提供一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，能够满足高强度、高韧性的要求，同时能够保证钢板外形质量和性能质量的稳定，适合批量生产，保证了订单的时效性；具有成本低廉、能耗低、生产节奏快的优点。

本发明提供一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，包括铸坯加热后卷轧、预矫直、超快速冷却、温矫直所得。

进一步的，铸坯包括如下百分含量的化学成分：C 0.14％～0.17％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.35％～1.50％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb 0.010％～0.025％，Ti 0.008％～0.020％，Cr 0.20％～0.40％，V≤0.06％，Mo≤0.01％，B 0.0010％～0.0020％，其余为Fe及杂质；铸坯厚度为150mm。

进一步的，钢板厚度为5～16mm，长度为80～400m。

进一步的，铸坯加热的温度为1180～1260℃。

进一步的，采用炉卷轧机卷轧，卷轧工艺为，卷取炉温度为900～980℃，开轧温度＞1020℃，中间坯不进行待温直接进入卷轧道次，累积变形量为40％～80％，末道次压下率控制在10％～15％，终轧速度为1.6～2.0m/s，终轧温度控制在850～930℃。炉卷轧机主要结构是在四辊可逆式中厚板轧机前后布置有两座卷取炉，在生产时卷取与轧制同时进行，可对轧件进行保温。炉卷轧机配备有CVC窜辊和弯辊系统，以及平直度修正模型、弯辊力实时监控模型和ASC变厚度轧制模型等先进的板型控制手段。经过9～11道的往复轧制，将板坯轧制成成品。

进一步的，预矫直工艺为，采用自动模式矫直，辊缝由模型自动下发，出口辊缝设置为板厚+0～0.4mm，前倾斜和弯辊分别设置为-2～-7mm、3～14mm，边辊设置为-1～-3mm。矫直采用9辊预矫直机系统，在自动矫直模式下，具备手动微调整功能，保证钢板入水前板型优良。

进一步的，超快速冷却工艺为，采用缝隙冷却或连续开启高密喷嘴进行一阶段冷却，或者采用缝隙与高密喷嘴间断开水，形成间歇冷却。超快速冷却系统是利用增压泵对水产生0.2～0.5MPa的压力，经过加压的水流通过喷嘴喷射到高温钢板表面，利用射流冲击冷却换热原理，在滞止流区域发生射流冲击换热，在避面流区域随着冷却水沿着钢板表面高速流动，水流速度逐渐降低，水流温度逐渐升高，换热方式由射流冲击换热逐步过渡到沸腾换热过程。因此冷却均匀性和冷却效率大幅度提高。

进一步的，超快速冷却终冷温度为150～200℃，冷速为70～210℃/s，挡水辊的下表面距离钢板上表面距离为2-10mm。

进一步的，温矫直工艺为，矫直机采用自动模式，穿带速度设定为1m/s，矫直最大速度设定为2～3m/s，弯辊设定为14～30mm，边辊设定为-1～-3mm。温矫直采用11辊小辊径热矫直机，对钢板进行温矫，可以实现多次的弹塑性弯曲变形。

进一步的，温矫直后钢板进行回火处理，回火处理后，组织需要存在一定的内部位错、亚结构；弥散且细小的碳氮化物钉扎位错，既起到沉淀强化的作用，又不能过分长大。回火的工艺为，回火温度为660℃，回火时间为2.5min/mm。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用少量的Nb、Ti进行微合金化，能够满足高强度、高韧性的要求；

(2)本发明提供的在线淬火方法，利用卷轧后的余热，进入到超快速冷却系统进行在线淬火，可以省去再加热淬火，节约能源，提高生产效率；

(3)本发明生产制得5～16mm规格高强、高韧性钢板，母板长度为80～400m，以＞60℃/s的冷却速度进行在线淬火，相比同类型钢板进行再加热离线调质和TMCP工艺，降低了生产成本、降低了能耗、提高了生产效率、缩短了生产周期，实现低碳生产。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，包括如下步骤：

(1)在线淬火钢板包括如下百分含量的化学成分：C 0.15％，Si 0.30％，Mn1.45％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb 0.019％，Ti 0.01％，Cr 0.30％，V≤0.06％，Mo≤0.01％，B 0.0010％，其余为Fe及杂质；铸坯厚度为150mm；

(2)铸坯加热到温度为1200℃后进入炉卷轧机卷轧，卷轧工艺为，卷取炉温度为950℃，开轧温度＞1020℃，中间坯不进行待温直接进入卷轧道次，累积变形量为60％，末道次压下率控制在13％，终轧速度为1.8m/s，终轧温度控制在900℃；炉卷轧机主要结构是在四辊可逆式中厚板轧机前后布置有两座卷取炉；在轧制薄规格钢板时，采用炉卷轧机卷取炉对钢板进行保温，可以显著减少钢板热量散失；根据成品厚度，可以通过调节卷取炉温度和轧制速度，对终轧温度进行控制，实现奥氏体再结晶区在线淬火或奥氏体未再结晶区的在线淬火；轧制过程中，钢板在前后卷取炉和轧机之间形成张力，对钢板轧制起到稳定作用；通过炉卷轧机活套辊对张力的波动进行调节，稳定的张力使轧制过程更加平稳；炉卷轧机CVC窜辊根据高精度模型计算窜辊位置，可以更精确的控制钢板的凸度；炉卷轧机的自动弯辊系统可以根据卷轧钢板不同位置的轧制力偏差，自动调整弯辊补偿系数，使轧出的钢板板型平直。炉卷轧机轧制时引入ASC变厚度轧制，减小头部轧制力，防止温度较低头部产生不均匀变形；卷轧属于可逆式连续轧制，纵向温度均匀性不能依靠辊道微加速进行调节，主要是利用布置于轧机出口的冷却装置对纵向温度进行控制，温度控制模型采用三维有限差分法对钢板的纵向温度进行计算，冷却装置沿着钢板纵向的不同位置实施冷却，保证钢板入水前纵向温度相近；

(3)对卷轧后板坯进行预矫直，预矫直工艺为，矫直机采用自动模式矫直，辊缝由模型自动下发，出口辊缝设置为板厚+0～0.4mm，前倾斜和弯辊分别设置为-5mm、10mm，边辊设置为-2mm；预矫直机可以大幅度消除轧后钢板的不均内应力和不良板型；在预矫直机模型自动设定的基础上，根据来料板型修改工艺参数，对钢板不同位置的不良板型进行“定点式”的矫直，使入水前的钢板板型达到最优；

(4)预矫直后板坯进行超快速冷却，超快速冷却工艺为，采用缝隙冷却或连续开启高密喷嘴进行一阶段冷却，超快速冷却终冷温度为180℃，冷速为150℃/s；缝隙喷嘴是沿钢板宽度方向连续的线状水流，高密喷嘴则采用了边部遮蔽控制及水凸度控制横向温度可调控制系统，可使钢板横向冷却均匀；缝隙喷嘴特有的狭缝式喷射形式使得冷却水在钢板横向上形成均匀连续的线带状冲击区，倾斜射流能够快速清除钢板表面的蒸汽膜，使得换热快速过渡到高效的核沸腾和单相强制对流换热阶段；高密快冷的高密度喷射，使换热区在一定冲击压力作用下，带有压力的水流冲破表面水层，达到高效换热的目的；超快速冷却也可采用缝隙、高密同时开启的连续式冷却，为满足不同的工艺要求，利用缝隙和高密两阶段间隔开启的快速冷却模式，形成间歇冷却，使钢板在冷却区反复的进行淬火-自回火-淬火，有利于细化晶粒和性能提高。可进一步开发新的钢种，提高经济效益；冷却时将框架下压使挡水辊的下表面至钢板上表面距离为8mm，减小水流的波动；挡水辊装置可以分隔冷却区域，使冷却水在钢板表面保持稳定，限制其不规律流动，可以有效保证水冷的均匀性，使在线淬火的板型更加稳定；

(5)冷却后的钢板进行温矫直，温矫直工艺为，矫直机采用自动模式，穿带速度设定为1m/s，矫直最大速度设定为2～3m/s，弯辊设定为20mm，边辊设定为-2mm，温矫直机采用11辊小辊径辊系，可对在线淬火后的钢板实现多次弯曲；最低矫直温度为100℃，可以实现100-300℃的温矫直；矫直根据来料情况，可以选择大变形量矫直，或小变形量矫直，来改善钢板平直度；

(6)温矫直后钢板进行回火处理后，组织需要存在一定的内部位错、亚结构，弥散且细小的碳氮化物钉扎位错，既起到沉淀强化的作用，又不能过分长大；钢板的回火温度为660℃，回火时间为2.5min/mm。

本实施例生产的高强度、高韧性钢板厚度为8mm，长度100m，进行本发明的在线淬火后，沿钢板轧制方向头、中、尾部，分别进行宽度方向的取样，进行强度和低温冲击韧性的检验。具体结果如表1所示。

表1实施例1制得钢板物理性能数据

由表1可以看出本发明制得的钢板屈服强度(YS)为570～590MPa，抗拉强度(TS)为630～660MPa，断后伸长率A为19％～22％，-20℃低温冲击功≥180J。

实施例2

一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，包括如下步骤：

(1)在线淬火钢板包括如下百分含量的化学成分：C 0.16％，Si 0.35％，Mn1.37％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb 0.020％，Ti 0.018％，Cr 0.31％，V≤0.06％，Mo≤0.01％，B 0.0016％，其余为Fe及杂质；铸坯厚度为150mm；

(2)铸坯加热到温度为1190℃后进入炉卷轧机卷轧，卷轧工艺为，卷取炉温度为960℃，开轧温度＞1020℃，中间坯不进行待温直接进入卷轧道次，累积变形量为50％，末道次压下率控制在14％，终轧速度为1.6m/s，终轧温度控制在920℃；

(3)对卷轧后板坯进行预矫直，预矫直工艺为，矫直机采用自动模式矫直，辊缝由模型自动下发，出口辊缝设置为板厚+0～0.4mm，前倾斜和弯辊分别设置为-3mm、9mm，边辊设置为-3mm；

(4)预矫直后板坯进行超快速冷却，超快速冷却工艺为，采用缝隙冷却或连续开启高密喷嘴进行一阶段冷却，超快速冷却终冷温度为160℃，冷速为100℃/s，冷却时将框架下压使挡水辊的下表面至钢板上表面距离为9mm；

(5)冷却后的钢板进行温矫直，温矫直工艺为，矫直机采用自动模式，穿带速度设定为1m/s，矫直最大速度设定为2～3m/s，弯辊设定为18mm，边辊设定为-2mm，温矫直机采用11辊小辊径辊系，可对在线淬火后的钢板实现多次弯曲；最低矫直温度为100℃，可以实现100-300℃的温矫直；矫直根据来料情况，可以选择大变形量矫直，或小变形量矫直，来改善钢板平直度；

本实施例生产的高强度、高韧性钢板厚度为16mm，长度400m。

本发明还具有的有益效果如下：

(1)本发明采用炉卷轧机的卷轧张力控制、CVC窜辊及自动弯辊控制、ASC变厚度轧制以及矫直机的“定点式”预矫直技术，在入水前钢板能够获得较高的平直度，为实现在线淬火奠定板型基础；利用炉卷轧机布置于出口的冷却装置，温度控制模型采用三维有限差分法沿着钢板纵向的不同位置进行冷却，对钢板的纵向温度均匀性进行控制；

(2)本发明采用缝隙、高密两种超快速冷却方式的合理搭配，能够获得很高的冷却强度，实现在线淬火；相对于其他冷却工艺和设备，冷却过程简单，钢板冷却均匀性更好，多彩的冷却方式使钢板的性能更稳定；

(3)本发明使用轧后在线淬火工艺，经过变形的奥氏体相发生变后，在产生的马氏体板条中含有大量的晶体缺陷，如高密度位错、变形带等，这些晶体缺陷使相变后的马氏体板条和亚组织得到细化；同时，大量的晶体缺陷也为回火时微细的合金碳化物析出创造了有利的条件；

(3)本发明冷却后使用11辊小辊径热矫直机进行100-300℃温矫直工艺，钢板经过多次、反复的弯曲，生产多次塑性变形的正弯曲和反弯曲，使钢板的外观质量更稳定。

尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，其特征在于，包括铸坯加热后卷轧、预矫直、超快速冷却、温矫直所得；

铸坯包括如下百分含量的化学成分：C 0.14%~0.17%，Si 0.20%~0.40%，Mn 1.35%~1.50%，P≤0.020 %，S≤0.005%，Nb 0.010%~0.025%，Ti 0.008%~0.020%，Cr 0.20%~0.40%，V≤0.06%，Mo≤0.01%，B 0.0010%~0.0020%，其余为Fe及杂质；铸坯厚度为150mm；

钢板厚度为5~16mm，长度为80~400m；

铸坯加热的温度为1180~1260℃；

采用炉卷轧机卷轧，卷轧工艺为，卷取炉温度为900~980℃，开轧温度＞1020℃，中间坯不进行待温直接进入卷轧道次，累积变形量为40%~80%，末道次压下率控制在10%~15%，终轧速度为1.6~2.0m/s，终轧温度控制在850~930℃；

预矫直工艺为，矫直机采用自动模式矫直，辊缝由模型自动下发，出口辊缝设置为板厚+0~0.4mm，前倾斜和弯辊分别设置为-2~-7mm、3~14mm，边辊设置为-1~-3mm；

超快速冷却工艺为，采用缝隙冷却或连续开启高密喷嘴进行一阶段冷却；或者采用缝隙与高密喷嘴间断开水，形成间歇冷却；

超快速冷却终冷温度为150~200℃，冷速为70~210℃/s，挡水辊的下表面距离钢板上表面距离为2-10mm；

温矫直工艺为，矫直机采用自动模式，穿带速度设定为1m/s，矫直最大速度设定为3m/s，弯辊设定为14~30mm，边辊设定为-1~-3mm；

温矫直后钢板进行回火处理，回火的工艺为，回火温度为660℃，回火时间为2.5min/mm。