CN107470357A - 一种低碳钢轧制及控制冷却方法 - Google Patents

一种低碳钢轧制及控制冷却方法 Download PDF

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姚剑锋
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Abstract

本发明涉及一种低碳钢轧制及控制冷却方法，包括以下步骤：1)炉内保温：将低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1150±50℃下保温2～3h；2)轧制：去除步骤1)保温后的低碳钢锭表面的氧化层后，将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制得到轧制钢材，其中前三道次轧制的开轧温度控制在1050±50℃，后三道次轧制的开轧温度控制在奥氏体‑铁素体转变开始温度±10℃，且第六道次轧制过程的温度高于780℃；3)轧后冷却：将步骤2中得到的轧制钢材置于连续水冷装置中进行冷却，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温，得到所述的低碳钢。本发明制备的低碳钢含有均匀细小铁素体晶粒，具有较高的屈服强度和良好的塑性。

Description

一种低碳钢轧制及控制冷却方法
技术领域
本发明涉及一种低碳钢轧制及控制冷却方法，属于轧钢工程设计与生产技术领域。
背景技术
目前，国际上较为通用的轧制技术有连续轧制技术和控制轧制技术，其中，连轧工艺使钢板从上一道工序到下一道工序连续无间断进行，一次性轧制至目标厚度，因此，具有效率高、能耗低、控制方便等特点；但连轧过程存在中间程序难以控制，灵活性较低，对显微组织的控制较难实现等缺点。
控制轧制技术是将控制轧制和控制冷却有机结合一起的技术，通过控制加热温度、变形温度、形变量、水冷冷却速率等工艺参数，来获得较好的微观组织，使钢板具有较好的力学性能。根据轧制过程中的变形奥氏体的再结晶状态不同、相变机制不同可分为：奥氏体再结晶区控制轧制、奥氏体未再结晶区控制轧制和奥氏体-铁素体两相区控制轧制。
近年来，应变诱导相变(dynamic strain induced transformation)现象的发现是提高传统材料性能研究的重要突破，与传统的轧制工艺不同，应变诱导相变工艺强调将变形温度控制在奥氏体-铁素体转变开始温度(Ar3)线附近，利用钢板轧制过程中发生的热机械变形，促进奥氏体向铁素体的转变，结合铁素体的动态再结晶过程，生成均匀细小的等轴铁素体晶粒。研究表明，利用传统的控制轧制及控制冷却工艺最多只能将碳素钢晶粒细化到5μm左右，而利用应变诱导相变工艺可以将碳素钢的晶粒最低细化到1μm左右。在轧制过程中，钢板多次经历应变诱导铁素体相变和铁素体逆变为奥氏体的过程，获得更加细小的铁素体晶粒的同时，也可以使应变能得到释放，避免残余应变能造成热处理后晶粒的长大，获得较高的强度，适当提高轧后冷却过程的降温幅度、降低出水温度、提高冷却速度可以避免在轧后降温过程中的晶粒长大，晶粒细化会提高钢板轧制态及热处理后的力学性能。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种低碳钢轧制及控制冷却方法，该方法利用应变诱导相变工艺，对铁素体晶粒进一步细化，提高钢板的强度，同时轧制过程可控。
技术方案：本发明提供了一种低碳钢轧制及控制冷却方法，该方法包括以下步骤：
1)炉内保温：将低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1150±50℃下保温2～3h；
2)轧制：去除步骤1)保温后的钢锭表面的氧化层后将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制得到轧制钢材，其中前三道次轧制的开轧温度控制在1050±50℃，后三道次轧制的开轧温度控制在奥氏体-铁素体转变开始温度±10℃，且第六道次轧制过程的温度高于780℃；
3)轧后冷却：将步骤2中得到的轧制钢材置于连续水冷装置中进行冷却，控制轧制钢材冷却速率为18～25℃/s，且水冷装置的出水温度为400～500℃，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温，得到所述的低碳钢。
其中：
所述的低碳钢锭的成分按重量百分比包括以下组分：
步骤1)所述的低碳钢锭的规格为160±5×160±5×80±5mm。
步骤2)所述的去除步骤1)保温后的钢锭表面的氧化层是指敲去钢锭表面的氧化层。
步骤2)所述的进行六道次轧制得到轧制钢材过程之前，先控制轧辊间距大于低碳钢锭的厚度，空过一道次轧制，之后进行六道次轧制。
步骤2)所述的六道次轧制过程中从第一至第六道次轧制的轧辊间距依次减小。
步骤2)所述的六道次轧制过程中从第一至第六道次轧制的轧辊间距依次取60、45、32、15、6和2.3±0.2mm。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明在传统的连轧工艺基础上改进，控制轧制温度在奥氏体-铁素体转变开始温度附近，钢在再结晶过程中由于形变诱导相变作用析出超细小的铁素体晶粒，同时，控制冷却速度可以有效抑制轧后降温过程中晶粒长大，从而达到在连轧工艺基础上进一步细化晶粒的效果，提高钢板的强度；相比传统的连轧工艺，本发明制备的钢板的轧制态屈服强度高(超过30MPa)，抗拉强度高(超过60MPa)。
具体实施方式：
实施例1
本实施例采用的低碳钢锭按重量百分数包含以下组分：
轧制及控制冷却过程如下：
1)炉内保温：将初始厚度为80mm低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1100℃下保温3h；
2)轧制：用铁钳敲去加热过程中钢锭表面的氧化层，以避免硬质氧化皮损伤轧辊表面，同时保证轧后钢板的表面质量，之后将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制，各道次轧制的开轧温度如表1所示，各道次轧制的轧辊间距如表2所示，第三道次轧制结束后，等待钢材温度降低至821℃开始进行第四道次的轧制；
3)轧后冷却：将步骤2中第六道次轧制结束后的钢材置于连续水冷装置中进行冷却，根据水量大小及层流冷却装置的传送辊速度调节水冷冷速在20.6～21.9℃/s，以保留应变诱导铁素体组织，且水冷装置的出水温度为460～480℃，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温。
表1动态应变诱导相变(DSIT)工艺温度控制参数/℃
表2 DSIT工艺轧辊间距和压下率参数
实施例2
本实施例采用的低碳钢锭按重量百分数包含以下组分：
轧制及控制冷却过程如下：
1)炉内保温：将初始厚度为80mm低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1140℃下保温2h；
2)轧制：用铁钳敲去加热过程中钢锭表面的氧化层，以避免硬质氧化皮损伤轧辊表面，同时保证轧后钢板的表面质量，之后将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制，各道次轧制的开轧温度如表3所示，各道次轧制的轧辊间距如表4所示，第三道次轧制结束后，等待钢材温度降低至820℃开始进行第四道次的轧制；
3)轧后冷却：将步骤2中第六道次轧制结束后的钢材置于连续水冷装置中进行冷却，根据水量大小及层流冷却装置的传送辊速度调节水冷冷速在18.7～20.7℃/s，以保留应变诱导铁素体组织，且水冷装置的出水温度为470～500℃，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温。
表3动态应变诱导相变(DSIT)工艺温度控制参数/℃
表4 DSIT工艺轧辊间距和压下率参数
实施例3
本实施例采用的低碳钢锭按重量百分数包含以下组分：
轧制及控制冷却过程如下：
1)炉内保温：将初始厚度为80mm低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1170℃下保温2.5h；
2)轧制：用铁钳敲去加热过程中钢锭表面的氧化层，以避免硬质氧化皮损伤轧辊表面，同时保证轧后钢板的表面质量，之后将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制，道次轧制的开轧温度如表7示，各道次轧制的轧辊间距如表8示，第三道次轧制结束后，等待钢材温度降低至827℃开始进行第四道次的轧制；
4)轧后冷却：将步骤2中第六道次轧制结束后的钢材置于连续水冷装置中进行冷却，根据水量大小及层流冷却装置的传送辊速度调节水冷冷速在20.0～22.5℃/s，以保留应变诱导铁素体组织，且水冷装置的出水温度为400～438℃，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温。
表7动态应变诱导相变(DSIT)工艺温度控制参数/℃
表8 DSIT工艺轧辊间距和压下率参数
实施例4
本实施例采用的低碳钢锭按重量百分数包含以下组分：
轧制及控制冷却过程如下：
1)炉内保温：将初始厚度为80mm低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1200℃下保温3h；
2)轧制：用铁钳敲去加热过程中钢锭表面的氧化层，以避免硬质氧化皮损伤轧辊表面，同时保证轧后钢板的表面质量，之后将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制，道次轧制的开轧温度如表5示，各道次轧制的轧辊间距如表6示，第三道次轧制结束后，等待钢材温度降低至820℃开始进行第四道次的轧制；
3)轧后冷却：将步骤2中第六道次轧制结束后的钢材置于连续水冷装置中进行冷却，根据水量大小及层流冷却装置的传送辊速度调节水冷冷速在20.5～21.1℃/s，以保留应变诱导铁素体组织，且水冷装置的出水温度为450～460℃，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温。
表5动态应变诱导相变(DSIT)工艺温度控制参数/℃
表6 DSIT工艺轧辊间距和压下率参数
实施例5
本实施例采用的是七道次连轧工艺，其目的是为了对比实施例1：
本实施例采用的低碳钢锭按重量百分数包含以下组分：
预定的开轧温度为1040～1100℃，终轧温度为870～900℃，轧后冷却方式为直接冷却至室温，其轧制过程中具体温度参数见表9，轧辊间距和压下率见表10。
表9 5#钢板轧制过程的温度参数/℃
表10 5#钢板轧制过程的辊缝间距和压下率参数
表11为两种不同工艺钢板的轧制态的力学性能对比表(1#、2#、3#、4#、5#分别表示实施例1～5中得到的钢板)，由表11可以看出，采用DSIT工艺轧制的钢板轧制态强度提高，塑性增强，其屈服强度比连轧工艺轧制的钢板高超过30MPa，抗拉强度高超过60MPa，延伸率也大幅提高。
表11采用连轧工艺的5#钢板与采用DSIT工艺的1～4#钢板的轧制态力学性能对比

Claims (6)

1.一种低碳钢轧制及控制冷却方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)炉内保温：将低碳钢锭放入高温熔炼炉内，在1150±50℃下保温2～3h；
2)轧制：去除步骤1)保温后的低碳钢锭表面的氧化层后，将钢锭置于轧机上，进行六道次轧制得到轧制钢材，其中前三道次轧制的开轧温度控制在1050±50℃，后三道次轧制的开轧温度控制在奥氏体-铁素体转变开始温度±10℃，且第六道次轧制过程的温度高于780℃；
3)轧后冷却：将步骤2中得到的轧制钢材置于连续水冷装置中进行冷却，控制轧制钢材冷却速率为18～25℃/s，且水冷装置的出水温度为400～500℃，待钢材温度降至与出水温度一致后进行空冷冷却至室温，得到所述的低碳钢。
2.如权利要求1所述的一种低碳钢板材轧制及控制冷却方法，其特征在于：所述的低碳钢锭的成分按重量百分比包括以下组分：
3.如权利要求1所述的一种低碳钢轧制及控制冷却方法，其特征在于：步骤1)所述的低碳钢锭的规格为160±5×160±5×80±5mm。
4.如权利要求1所述的一种低碳钢轧制及控制冷却方法，其特征在于：步骤2)所述的去除步骤1)保温后的钢锭表面的氧化层是指敲去钢锭表面的氧化层。
5.如权利要求1所述的一种低碳钢轧制及控制冷却方法，其特征在于：步骤2)所述的进行六道次轧制得到轧制钢材过程之前，先控制轧辊间距大于低碳钢锭的厚度，空过一道次轧制，之后进行六道次轧制。
6.如权利要求1所述的一种低碳钢轧制及控制冷却方法，其特征在于：步骤2)所述的六道次轧制过程中从第一道次轧制至第六道次轧制的轧辊间距依次减小。
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