CN103331308B - 基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的一种基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，包括将碳锰钢板坯依次经过加热炉预热处理、加热炉加热处理、加热炉均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序的步骤。碳锰钢板坯预热时间为50~100min，温度为800~1000℃；加热时间为40~70min，温度为1150~1220℃；均热时间为20~40min，温度为1140~1180℃；粗轧出口温度为1000~1050℃；精轧入口温度为980~1020℃，精轧出口温度为850~880℃；卷取温度为620~680℃。本发明既能保证碳锰钢板坯良好的组织和力学性能水平，又能有效的降低加热能耗。
Description
技术领域
本发明涉及热轧板带生产技术领域，具体地指一种基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法。
技术背景
在热轧生产过程中，钢坯加热能耗一般占工序能耗的70%~80%，用于轧制的能耗仅占20%~30%，因此降低热轧能耗的潜力主要来源于加热炉能耗。在现有的热轧带钢生产过程中，坯料在轧制前，要将原料进行加热，提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品。因此，钢的加热温度应该根据各种钢的特性和轧制工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。
在实际生产过程中，带钢温度由分布在轧线上的红外测温仪来测量，可以准确的测量出加热炉出炉温度（RH）、粗轧出口温度(RT)、精轧入口温度(FT0)、精轧终轧温度(FT7)、卷取温度(CT)，这些温度点构成了热连轧带钢在线实际温度履历，在线实际过程温度明显高于各种临界温度，如热脆温度、固溶温度、析出温度、相变温度、除鳞温度、开轧温度和卷取温度等。临界温度是生产流程各环节最低允许温度，过高的实际过程温度会造成加热温度过剩和轧机设备能力过剩。
现有的热轧板带的生产技术，也有降低加热温度的相关报道。如文献“黄传清，陈建荣等，宝钢2050mm热连轧低温轧制技术应用简析，《宝钢技术》”介绍了宝钢在低温轧制技术的应用，将加热温度降低到1200℃，通过优化粗轧的轧制规程和除鳞道次，增加除鳞挡水链等措施，减少在粗轧阶段的温降，保证精轧的入口温度。但是这种低温轧制方法，加热温度虽然比原有的常规加热温度1250℃要低，但还是主要对加热温度进行了考虑，并没有对整个轧制过程进行全局和***性的考虑。专利号为CN200480013648.7的中国专利《温轧方法》介绍了一种新型多方向温轧方法，主要用于棒线材的轧制，制造具有平均粒径小于3μm的超微细晶粒组织的超微细晶粒钢，在温度范围为350℃~800℃的温度区间进行孔型轧制。专利号为CN94105678.2的中国专利《螺纹钢筋的温轧方法》也提出了一种利用热轧后余热再进行温轧螺纹钢筋的生产方法，将热轧后的钢材在冷床上降温至600℃~300℃，由保温装置将钢材送至粗轧机轧制，轧后的盘条再进行精轧减径刻纹。以上两个专利主要应用于线棒材的生产，只对轧制过程的温度进行了考虑，同样也没有对整个轧制过程的低温轧制做一个全局性和***性的考虑。
另外，专利号为CN201010607955.5的中国专利《一种Q345钢板的控温轧制方法》提出了将Q345钢板坯在推钢式加热炉中于预热段、加热段、均热段后出炉，除去氧化铁皮，在1000℃~1050℃进行第一阶段轧制，空冷或水冷待温至900℃~950℃进行第二阶段轧制。这种轧制方法，还是采用的控轧空冷工艺思路来保证Q345钢板的力学性能，并没有采用临界温度思想，也没有对加热温度和整个轧制过程进行节能方面的考虑。因此，也是一种非***的和局域性的轧钢生产过程。
综上所述，现有的热轧板带的生产方法，主要还是常规的高温加热，然后进行轧制的思路，也有从降低能耗考虑，降低加热温度的尝试，但都是从加热、或者轧制等轧钢过程的各个孤立点去考虑。效果并不是很明显。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，该轧制方法针对碳锰钢的特点，提出了***性和全局性的低温轧制生产方法，既能保证碳锰钢轧制后良好的组织、力学性能水平，又能有效的降低加热能耗，降低生产成本。
为实现此目的，本发明所设计的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，包括将碳锰钢板坯依次经过加热炉预热处理、加热炉加热处理、加热炉均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序的步骤，其特征在于：
所述碳锰钢板坯在加热炉预热处理时的预热时间为50~100min，预热温度为800~1000℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉加热处理时的加热时间为40~70min，加热温度为1150~1220℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉均热处理时的均热时间为20~40min，均热温度为1140~1180℃；
所述碳锰钢板坯在粗轧时的粗轧出口温度为1000~1050℃；
所述碳锰钢板坯在精轧时的精轧入口温度为980~1020℃，所述精轧出口温度为850~880℃；
所述碳锰钢板坯在卷取时的温度为620~680℃。
进一步地，所述碳锰钢板坯的化学成分按质量百分比wt%为C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.20%、Mn：0.01~0.5%、S≤0.030%、P≤0.030%，其余为铁和不可避免的杂质。
进一步地，所述碳锰钢板坯在加热炉预热处理时的空燃比为1.0~1.2；所述碳锰钢板坯在加热炉加热处理时的空燃比为0.9~1.1；所述碳锰钢板坯在加热炉均热处理时空燃比为1.0~1.4。
进一步地，所述碳锰钢板坯在加热炉的总在炉时间为150min~180min。
进一步地，所述加热炉的炉内压力为10~25Pa。
进一步地，所述粗轧前除鳞处理过程中的除鳞道次为4~8道。
更进一步地，所述碳锰钢板坯在精轧时的轧制速度为5.5m/s~14m/s。
本发明在轧制碳锰钢板坯时轧制的温度履历介于常规轧制温度履历和轧制临界温度之间，更接近于轧制临界温度曲线的基础上来进行***的考虑。同时，本发明提出的上述轧制方法，有别于第二代TMCP（Thermo Mechanical Control Process，热机械控制工艺）旨在低温大压下细晶轧制的技术，这种技术并没有降低加热温度，只是在精轧段采取较低温度下的大压下来细化晶粒，而本发明只是由于降低加热温度，导致精轧段温度较常规轧制低，压下并没有做较大调整。另外，本发明与国内外研究的低温铁素体轧制技术不同，在轧制碳锰钢板坯的热轧板带时，还是在单相奥氏体区轧制，降低了加热温度和其它过程温度，达到了降低加热炉能耗的技术效果。并且，轧制后的热轧板带的组织还是铁素体+珠光体，力学性能良好。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
常规热轧板带的轧制过程，只考虑到变形压下和保障设备安全等问题，加热温度和轧制过程温度一般较高。因此，在实际热轧板带生产过程中，轧机设备的能力利用率不高，而且由于过高的加热温度导致板坯在加热炉加热的过程中能源消耗较多。本发明提出了一种基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，该方法在保证碳锰钢原有力学性能的基础上，通过计算和验证碳锰钢在所需轧制过程的临界温度，并在临界温度的基础上制定出碳锰钢的轧制方法。碳锰钢轧制过程的临界温度由以下公式确定：
RH=Max[T(热脆)，T(C固溶)，T(Mn固溶)，T(除鳞)]
RT=Max[T(粗轧机力能)，T(轧机的咬入)，T(FT0+ΔT运输过程温降+ΔT除鳞温降)]
FT0=Max[T(FT7+ΔT轧制过程温降),T(精轧机力能),T(再结晶分数)]
FT7=T(Ar3)
CT=T(相变温度)
上述公式中：T为温度，RH为均热段加热临界温度、RT为粗轧出口临界温度、FT0为精轧入口临界温度、FT7为精轧出口临界温度、CT为卷取临界温度。T(热脆)代表热脆板坯的热脆温度，在这个温度下板坯较易断裂；T(粗轧机力能)代表粗轧机轧制过程轧制力和功率允许下的温度；T(轧机的咬入)代表轧机咬入板坯所需要的温度；ΔT运输过程温降代表粗轧到精轧板坯在辊道上运输过程的温度损失；T(再结晶分数)代表控制轧制后的微观组织和力学性能所需要达到的温度；T(相变温度)代表低碳钢的产生相变的温度点。T(C固溶)代表C固溶需要的温度，T(Mn固溶)代表 Mn固溶需要的温度，T(除鳞) 代表达到良好除鳞效果需要的加热温度，ΔT除鳞温降代表高压水除鳞导致的温降，T(Ar3)代表奥氏体转变温度。
本发明设计的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，包括将碳锰钢板坯依次经过加热炉预热处理、加热炉加热处理、加热炉均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序的步骤，其特征在于：
所述碳锰钢板坯在加热炉预热处理时的预热时间为50~100min，预热温度为800~1000℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉加热处理时的加热时间为40~70min，加热温度为1150~1220℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉均热处理时的均热时间为20~40min，均热温度为1140~1180℃；
所述碳锰钢板坯在粗轧时的粗轧出口温度为1000~1050℃；
所述碳锰钢板坯在精轧时的精轧入口温度为980~1020℃，所述精轧出口温度为850~880℃；精轧入口在原有的温度制度上基本上保持不变或略有降低；
所述碳锰钢板坯在卷取时的温度为620~680℃。
上述技术方案中，碳锰钢板坯在低温轧制过程中，由于变形温度的降低，带钢的力学性能会有一定的提升；同时，考虑到低温过程会导致除鳞的困难，因此在综合力学性能和表面质量的基础上对碳锰钢板坯的化学成分做出如下规定。所述碳锰钢板坯的化学成分按质量百分比wt%为C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.20%、Mn：0.01~0.5%、S≤0.030%、P≤0.030%，其余为铁和不可避免的杂质。
上述技术方案中，所述碳锰钢板坯在加热炉预热处理时的空燃比为1.0~1.2；所述碳锰钢板坯在加热炉加热处理时的空燃比为0.9~1.1；所述碳锰钢板坯在加热炉均热处理时空燃比为1.0~1.4。
上述技术方案中，所述碳锰钢板坯在加热炉的总在炉时间为150min~180min。
上述技术方案中，所述加热炉的炉内压力为10~25Pa的微正压，防止加热炉吸入冷风。
上述技术方案中，所述粗轧前除鳞处理过程中的除鳞道次为4~8道。粗轧过程中需保证碳锰钢板坯的表面质量，并采用保温罩减少粗轧过程的温降。
上述技术方案中，所述碳锰钢板坯在精轧时的轧制速度为5.5m/s~14m/s。通过提升轧制速度，保证精轧出口温度和卷取温度在原有常规热轧工艺上保持不变，
上述技术方案中，在碳锰钢板坯层流冷却过程时采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程中的边部温降。
实施例1
按照本发明的要求，对低碳低锰钢成分的碳锰钢板坯进行了轧制生产，选取3块碳锰钢板坯的生产情况进行说明，碳锰钢板坯的化学成分见表1，低温轧制过程温度见表2。
表1 冶炼成分
表2 实施例1轧制过程温度
板坯1在加热过程的总在炉时间为156min。炉内保持微正压25Pa，预热段空燃比保持在1.09，预热时间为72min，加热段空燃比保持在0.98，加热时间68min，均热段空燃比保持在1.14，均热温度控制在1172℃，均热时间为26min。在粗轧轧制时采取3/4连续式轧机轧制， 第一组粗轧机除鳞1道，第二组粗轧机轧制5道次，除鳞3道，第三组粗轧机除鳞1道，第四组粗轧机不除鳞，总除鳞道次为5道次，采用保温罩减少粗轧过程的温降，粗轧出口温度为1037℃，精轧入口温度为1002℃，精轧时轧制速度为9.67m/s，精轧出口温度为874℃，卷取温度为650℃，在层流冷却过程采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程的边部温降。
板坯2在加热过程的总在炉时间为177min。炉内保持微正压20Pa，预热段空燃比保持在1.2，预热时间为83min，加热段空燃比保持在1.01，加热时间为70min，均热段空燃比保持在1.18，均热温度控制在1180℃，均热时间为24min。在粗轧轧制时采取3/4连续式轧机轧制，第一组粗轧机除鳞1道，第二组粗轧机轧制5道次，除鳞3道，第三组粗轧机除鳞1道，第四组粗轧机不除鳞，总除鳞道次为5道次，并采用保温罩减少粗轧过程的温降，粗轧出口温度为1050℃，精轧入口温度为1020℃，精轧时轧制速度为9.33m/s，精轧出口温度为880℃，卷取温度为648℃，在层流冷却过程中采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程的边部温降。
板坯3在加热过程的总在炉时间为160min。炉内保持微正压22Pa，预热段空燃比保持在1.15，预热时间为79min，加热段空燃比保持在0.95，加热时间为58min，均热段空燃比保持在1.23，均热温度控制在1172℃，均热时间为23min。在粗轧轧制时采取3/4连续式轧机轧制，第一组粗轧机除鳞1道，第二组粗轧机轧制5道次，除鳞3道，第三组粗轧机除鳞1道，第四组粗轧机不除鳞，总除鳞道次为5道次，采用保温罩减少粗轧过程的温降，粗轧出口温度为1034℃。精轧入口温度为1008℃，精轧时的轧制速度为9.82m/S，精轧出口温度为861℃，卷取温度为651℃，在层流冷却过程中采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程的边部温降。
上述3块板坯轧制出的热轧板卷力学性能对比见表3
表3组织、力学性能对比
由此可见，以上3块板坯轧制出的钢卷组织和力学性能均满足标准的要求。
实施例2
按照本发明的要求，对相比实施例1的碳锰钢中碳和锰成分略高的碳锰钢板坯进行了轧制生产，选取3块板坯的生产情况进行说明，碳锰钢板坯的化学成分见表4，低温轧制过程温度见表5
表4 冶炼成分
表5 实施例2轧制过程温度
板坯1在加热过程的总在炉时间为170min。炉内保持微正压25Pa，预热段空燃比保持在1.2，预热时间为78min，加热段空燃比保持在1.08，加热时间为70min，均热段空燃比保持在1.11，均热温度控制在1172℃，均热时间为22min。在粗轧轧制时采取3/4连续式轧机轧制，第一组粗轧机除鳞1道，第二组粗轧机轧制5道次，除鳞2道，第三组粗轧机除鳞1道，第四组粗轧机不除鳞，总除鳞道次为4道次，采用保温罩减少粗轧过程的温降，粗轧出口温度为1048℃。精轧入口温度为1020℃，精轧的轧制速度为5.7m/s，精轧出口温度为871℃，卷取温度为670℃，在层流冷却过程中采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程的边部温降。
板坯2在加热过程的总在炉时间为179min。炉内保持微正压20Pa，预热段空燃比保持在1.08，预热时间为100min，加热段空燃比保持在1.09，加热时间为53min，均热段空燃比保持在1.29，均热温度控制在1180℃，均热时间为26min。在粗轧轧制时采取3/4连续式轧机轧制，第一组粗轧机除鳞1道，第二组粗轧机轧制5道次，除鳞2道，第三组粗轧机除鳞1道，第四组粗轧机不除鳞，总除鳞道次为4道次，采用保温罩减少粗轧过程的温降，粗轧出口温度为1050℃，精轧入口温度1012℃，精轧的轧制速度为7.5m/S，精轧出口温度为879℃，卷取温度为680℃，在层流冷却过程中采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程的边部温降。
板坯3在加热过程的总在炉时间为153min。炉内保持微正压22Pa，预热段空燃比保持在1.09，预热时间为61min，加热段空燃比保持在1.1，加热时间为68min，均热段空燃比保持在1.29，均热温度控制在1172℃，均热时间为24min。在粗轧轧制中采取3/4连续式轧机轧制，第一组粗轧机除鳞1道，第二组粗轧机轧制5道次，除鳞2道，第三组粗轧机除鳞1道，第四组粗轧机不除鳞，总除鳞道次为4道次，采用保温罩减少粗轧过程的温降，粗轧出口温度为1040℃。精轧入口温度为1020℃，精轧的轧制速度为7.83m/s，精轧出口温度为872℃，卷取温度为675℃，在层流冷却过程中采用边部遮挡技术，减少热轧带钢在冷却过程的边部温降。
上述3块板坯轧制出的热轧板卷力学性能对比见表6。
表6组织、力学性能对比
由此可见，以上3块板坯轧制出的钢卷组织和力学性能均满足标准要求。
由本实施例可以看出：本发明针对碳锰钢板坯的特点，提出了***性和全局性的低温轧制生产方法，综合考虑了整个加热和轧制生产过程，既能保证碳锰钢板坯良好的组织和力学性能水平，又能有效的降低加热能耗。
说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，包括将碳锰钢板坯依次经过加热炉预热处理、加热炉加热处理、加热炉均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序的步骤，其特征在于：
所述碳锰钢板坯在加热炉预热处理时的预热时间为50～100min，预热温度为800～1000℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉加热处理时的加热时间为40～70min，加热温度为1150～1220℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉均热处理时的均热时间为20～40min，均热温度为1140～1180℃；
所述碳锰钢板坯在粗轧时的粗轧出口温度为1000～1050℃；
所述碳锰钢板坯在精轧时的精轧入口温度为980～1020℃，所述精轧出口温度为850～880℃；
所述碳锰钢板坯在卷取时的温度为620～680℃；
所述碳锰钢板坯在加热炉预热处理时的空燃比为1.0～1.2；所述碳锰钢板坯在加热炉加热处理时的空燃比为0.9～1.1；所述碳锰钢板坯在加热炉均热处理时空燃比为1.0～1.4；
碳锰钢轧制过程的临界温度由以下公式确定：
RH＝Max[T(热脆)，T(C固溶)，T(Mn固溶)，T(除鳞)]
RT＝Max[T(粗轧机力能)，T(轧机的咬入)，T(FT0+ΔT运输过程温降+ΔT除鳞温降)]
FT0＝Max[T(FT7+ΔT轧制过程温降),T(精轧机力能),T(再结晶分数)]
FT7＝T(Ar3)
CT＝T(相变温度)
上述公式中：T为温度，RH为均热段加热临界温度、RT为粗轧出口临界温度、FT0为精轧入口临界温度、FT7为精轧出口临界温度、CT为卷取临界温度，T(热脆)代表热脆板坯的热脆温度，在这个温度下板坯较易断裂；T(粗轧机力能)代表粗轧机轧制过程轧制力和功率允许下的温度；T(轧机的咬入)代表轧机咬入板坯所需要的温度；ΔT运输过程温降代表粗轧到精轧板坯在辊道上运输过程的温度损失；T(再结晶分数)代表控制轧制后的微观组织和力学性能所需要达到的温度；T(相变温度)代表低碳钢的产生相变的温度点，T(C固溶)代表C固溶需要的温度，T(Mn固溶)代表Mn固溶需要的温度，T(除鳞)代表达到良好除鳞效果需要的加热温度，ΔT除鳞温降代表高压水除鳞导致的温降，T(Ar3)代表奥氏体转变温度。
2.根据权利要求1所述的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，其特征在于：所述碳锰钢板坯的化学成分按质量百分比wt％为C：0.01～0.08％、Si：0.01～0.20％、Mn：0.01～0.5％、S≤0.030％、P≤0.030％，其余为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，其特征在于：所述碳锰钢板坯在加热炉的总在炉时间为150min～180min。
4.根据权利要求1或2所述的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，其特征在于：所述加热炉的炉内压力为10～25Pa。
5.根据权利要求1或2所述的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，其特征在于：所述粗轧前除鳞处理过程中的除鳞道次为4～8道。
6.根据权利要求1或2所述的基于临界温度的碳锰钢节能型轧制方法，其特征在于：所述碳锰钢板坯在精轧时的轧制速度为5.5m/s～14m/s。
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2013
- 2013-05-22 CN CN201310194343.1A patent/CN103331308B/zh active Active
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