CN109433825B - 一种短流程制作高强度钢板的方法以及高强度钢板及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种短流程制作高强度钢板的方法以及高强度钢板及其应用，属于冶金轧制及深加工领域。本发明所述方法在薄板坯连铸连轧处理过程中，获得精轧机组精轧处理后的薄板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热满足热冲压目标温度后进行热冲压加工处理，制成高强度钢板。实现从原料到产品一体化生产，节省了中间环节的运输成本，可以达到节能降耗、绿色生产的目的，显著缩短板材深加工整体制造流程，具有超短流程、深度加工、多品种小批量大规模定制生产的优点。

Description

一种短流程制作高强度钢板的方法以及高强度钢板及其应用

技术领域

本发明属于冶金轧制及深加工领域，特别是一种短流程制作高强度钢板的方法以及高强度钢板及其应用。

背景技术

钢铁产业是承担国家产业责任的主要载体，在中国钢铁工业发展的新时期，目前正面临供给侧结构性改革、生态环保、高质量发展、个性化定制与服务要求日益苛刻等诸多挑战。钢铁企业围绕流程型智能制造、大规模个性化定制等方面，加快结构调整，以市场和改革为手段，引进最先进的装备技术，持续推进产品升级和科技创新，实现转型发展、国际化发展、高质量发展。由此催生了薄板坯连铸连轧(TSCR)技术升级，TSCR技术被誉为国际钢铁工业发展中的“第三次技术革命”。引起了全世界冶金界的高度重视，TSCR技术在各国钢铁行业得到了迅速发展和广泛应用，对世界钢铁工业的技术结构调整和组织结构调整，产生了重要影响，在世界各国的TSCR生产线中，最具代表性的工艺设备有：德国SMS开发的CSP技术、德国SMS与意大利Arvedi公司合作开发的ISP技术、意大利Danieli公司开发的FTSR、MCCR技术、德国SIEMENS与意大利Arvedi合作开发的ESP技术，其他的TSCR生产线还有日本住友的QSP技术和中国鞍钢的ASP技术等。薄板坯连铸连轧技术是板材生产的重要环节，直接影响产品的质量和综合力学性能。轧后板材一般规格薄、强度高、硬度高，能够替代部分冷轧产品，实现“以热带冷”、“以薄带厚”。

目前薄板坯连铸连轧生产高强钢的工艺流程如文章郑旭涛.日钢ESP无头轧制技术[J].冶金设备,2016(1)(如图1所示)，连铸→粗轧机组→摆式剪→感应加热→除鳞箱→精轧机组→层流冷却→飞剪→卷曲，由卷曲机将带有余热的板材卷成带卷，出厂后运送热冲压深加工企业进行成形后处理。

现有热冲压深加工企业，在进行高强度汽车板热冲压的工艺流程如书籍DEMERI MY.Advanced high-strength steels[M].ASM International，2013，127-133(如图2所示)，由上游冶金轧制企业提供原料，经过感应加热→保温→冲压淬火→激光切割→喷丸。将原始抗拉强度450MPa左右的高强钢经冲压淬火模具成形后形成高强度成形件，成形的超高强钢零件被运输到车辆制造等下游企业。

由于钢铁原料经过多重加工，从初始原料到最终成品的制备，耗费大量的资源和能源，上游钢铁企业在轧制板材过程中会产生大量的余热余压等余能资源，在进行冷却时会造成能源浪费，而下游钢铁在加工时，又需要提前进行加热处理，再次耗费大量的能源。

流程再造是德国政府一直在努力建立部门间高技术战略协调机制，推动德国的研究与创新工作，“工业4.0”是一项战略计划，被德国联邦教育与研究部正式推出，目前已被德国政府采纳为高科技战略2020行动计划的一部分，其目的是通过技术创新确保德国工业在全球的强有力竞争地位。

流程再造是对企业的业务流程作根本性的思考和彻底重建，其目的是在成本、质量、服务和速度等方面取得显著的改善，使企业能最大限度地适应以“顾客(Customer)，竞争(Competition)，变化(Change)”为特征的现代企业经营环境，其引起了学者们的普遍关注和研究。

公开号为CN104762460A,专利名称为“一种高强钢汽车板的轧制及深加工短流程集成制造方法”，提出了原料→加热炉→控轧(粗轧和精轧)→层流冷却→综合落料→加热→成形淬火→切形、喷丸→成品，实现了传统单坯热轧线与成形的刚性连接制造。公开号为CN105414177A,专利名称为“一种冷轧超高强钢短流程生产加工工艺及设备”，提出了来料热轧带钢经过酸洗等轧制前工序处理后，进行冷轧轧制，进行热处理和形变相变综合处理，板材经热处理和形变相变综合处理后，进入活套，通过调整活套量适应轧制速度和冲压速度的变化，剪切定尺后即可进入热冲压深加工工艺，超高强钢经精整后，便得到冲压件成品或半成品。

以上流程再造实现了上游轧制企业与下游深加工企业的联合重组，但是其应用于传统热轧线或者冷轧线，一般分属于不同企业或不同车间，生产不同厚度规格产品，受制于轧机产量的限制，上游轧制不能实现无头轧制生产，并且在热轧层流冷却阶段，分成强力区、常规区、微调区，存在不可控的随机干扰变量因素包括冷却水水量、水压及水流的流动状态，速度、厚度等具有很强的时变性，为提高控制精度，在后续热冲压深加工过程中还需将板材表面冷却水清除，以免影响后续热冲压材料的成形性能和表面质量。

而且，目前薄板坯连铸连轧可生产高性能超薄热轧带钢，通过与先进热冲压深加工技术流程再造，能够实现薄规格产品替代冷轧线，实现“以热带冷”、“以薄带厚”，因此，急需要开发一种新技术，能够实现无头轧制技术与热冲压深加工联合重组，实现全连续定制生产。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明请求保护一种短流程制作高强度钢板的方法以及高强度钢板及其应用，旨在使得工艺向短流程、近终形的产业化发展方向，改变传统的上下游企业相互独立的生产工艺，将薄板坯连铸连轧与后续热冲压深加工进行流程再造。

为解决上述问题，本技术方案为：一种短流程制作高强度钢板的方法，其特征在于在薄板坯连铸连轧处理过程中，获得精轧机组精轧处理后的薄板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热满足热冲压目标温度后进行热冲压加工处理，制成高强度钢板。

进一步的技术方案在于，其包括薄板坯连铸连轧处理和热冲压深加工处理；所述薄板坯连铸连轧处理按照先后处理顺序包括如下步骤：连铸处理、粗轧机组粗轧处理、摆式剪处理、感应加热处理、除鳞箱处理和精轧机组精轧处理；所述热冲压深加工处理按照先后处理顺序包括如下步骤：剪切处理、感应加热处理、保温处理、冲压淬火处理、激光切割处理、喷丸处理。

进一步的技术方案在于，所述高强度钢板的厚度为0.6～2.5mm。

进一步的技术方案在于，在薄板坯连铸连轧处理中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为950±20℃，经感应加热处理升温至1150±50℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880±30℃。

进一步的技术方案在于，所述粗轧机组为四辊轧机，所述精轧机组为四辊轧机。

进一步的技术方案在于，所述粗轧机组为3机架粗轧机，所述精轧机组为5机架精轧机。

进一步的技术方案在于，在热冲压深加工处理过程中，其经感应加热处理后温度为880±30℃，在保温处理中保温180～250s，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为55±10℃/s，处理后温度冷却至170±50℃。

进一步的技术方案在于，在冲压淬火处理中使用冲压淬火模具，其内部设置对板材进行淬火冷却的冷却管道。

进一步的技术方案在于，所述高强度钢板具有均匀马氏体组织，其抗拉强度达到1550MPa。

进一步的技术方案在于，利用上述所述方法制备的高强度钢板，其特征在于：其原材料按质量百分比分别为：0.225％的C，1.24％的Mn，0.03％的Al，0.163％的Cr，0.256％的Si，0.003％的B，0.013％的P，0.003％的S，余量为铁。

进一步的技术方案在于，上述所述的高强度钢板在汽车生产中的应用。

本发明达到的有益效果：

与现有薄板坯板坯连铸连轧工艺不同之处，在于本发明将层流冷却工艺及后续轧制工艺与热冲压深加工工艺流程再造，剔除层流冷却及卷曲工艺，在精轧机组后添加剪切装置，将板材剪切成与热冲压深加工模具相匹配尺寸，在热冲压深加工后，经激光切割技术达到成品尺寸要求。

现有薄板坯连铸连轧工艺层流冷却是将板材以较低的冷却速度进行冷却，待板材形成稳定的相变组织且冷却到卷曲温度后，由卷曲机卷成带卷。层流冷却阶段，分成强力区、常规区、微调区，存在不可控的随机干扰变量因素包括冷却水水量、水压及水流的流动状态，速度、厚度等具有很强的时变性，为提高控制精度，在后续热冲压深加工过程中还需将板材表面冷却水清除，以免影响后续热冲压材料的成形性能和表面质量，本发明将薄板坯连铸连轧工艺与热冲压深加工技术流程再造，实现从原料到产品一体化生产，提高产品表面质量和性能，基于短流程、近终形的产业化发展方向，将热冲压深加工制造技术流程再造到薄板坯连铸连轧层流冷却工艺前，通过这种流程再造可以节约资源和缩短产线长度，当板材经精轧机组进入热冲压深加工工艺，带钢终轧温度较高，薄板坯连铸连轧感应加热部分可以根据终轧温度进行适当的温度闭环控制，可以节省深加工初始加热时间和能源消耗。本发明通过设定板材经过精轧机组的终轧温度，将板材经过精轧机组形成奥氏体组织，经输出辊道进入热冲压深加工工艺进行保温，使板材形成稳定、均匀的奥氏体组织，经过热冲压模具进行冲压淬火。通过这种工艺避免了传统的薄板坯连铸连轧工艺层流冷却、卷曲、热冲压深加工初始加热升温带来的资源浪费，实现从原料到产品的一体化生产，节省了中间环节的运输成本，在节约能源，提高企业经济效益，保护环境，缩短生产周期方面具有重要的意义。

附图说明

图1是现有技术中薄板坯连铸连轧处理生产高强钢的工艺流程示意图；

图2是现有技术中热冲压深加工处理工艺流程示意图；

图3是本发明的工艺流程示意图；

图4是本发明的加热工艺流程图；

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行说明。

本发明提供的技术方案为一种短流程制作高强度钢板的方法，其在薄板坯连铸连轧处理过程中，获得精轧机组精轧处理后的薄板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热满足热冲压目标温度后进行热冲压加工处理，制成高强度钢板。

优选的，其包括薄板坯连铸连轧处理和热冲压深加工处理；所述薄板坯连铸连轧处理按照先后处理顺序包括如下步骤：连铸处理、粗轧机组粗轧处理、摆式剪处理、感应加热处理、除鳞箱处理和精轧机组精轧处理；所述热冲压深加工处理按照先后处理顺序包括如下步骤：剪切处理、感应加热处理、保温处理、冲压淬火处理、激光切割处理、喷丸处理。

优选的，所述高强度钢板的厚度为0.6～2.5mm。

优选的，在薄板坯连铸连轧处理中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为950±20℃，经感应加热处理升温至1150±50℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880±30℃。

优选的，所述粗轧机组为四辊轧机，所述精轧机组为四辊轧机。

优选的，所述粗轧机组为3机架粗轧机，所述精轧机组为5机架精轧机。

优选的，在热冲压深加工处理过程中，其经感应加热处理后温度为880±30℃，在保温处理中保温180～250s，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为55±10℃/s，处理后温度冷却至170±50℃。

优选的，在冲压淬火处理中使用冲压淬火模具，其内部设置对板材进行淬火冷却的冷却管道。

优选的，所述高强度钢板具有均匀马氏体组织，其抗拉强度达到1550MPa。

优选的，利用上述所述方法制备的高强度钢板，其特征在于：其原材料按质量百分比分别为：0.225％的C，1.24％的Mn，0.03％的Al，0.163％的Cr，0.256％的Si，0.003％的B，0.013％的P，0.003％的S，余量为铁。

优选的，上述所述的高强度钢板在汽车生产中的应用。

实施例

本发明在实施例中，选择原材料，其中原材料按质量百分比包括：0.225％的C、1.24％的Mn、0.03％的Al、0.163％的Cr、0.256％的Si、0.003％的B、0.013％的P、0.003％的S。所述原材料中B在淬火过程中固溶在钢中的硼偏析在奥氏体晶粒边界，从而抑制了铁素体、珠光体、贝氏体的生成，以保证马氏体生成。

将上述原料经冶炼形成的钢水经如图3所述工艺流程示意图制造成高强度钢板。

其具体工艺路线为：其包括薄板坯连铸连轧处理和热冲压深加工处理；所述薄板坯连铸连轧处理按照先后处理顺序包括如下步骤：连铸处理、粗轧机组粗轧处理、摆式剪处理、感应加热处理、除鳞箱处理和精轧机组精轧处理；所述热冲压深加工处理按照先后处理顺序包括如下步骤：剪切处理、感应加热处理、保温处理、冲压淬火处理、激光切割处理、喷丸处理。其中，所述的粗轧机组、精轧机组均为四辊轧机。粗轧机组为3机架粗轧机，精轧机组为5机架精轧机。此外，成形板材的厚度为0.6～2.0mm。加热工艺流程图如图4所示，在薄板坯连铸连轧处理中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为950±20℃，经感应加热处理升温至1150±50℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880±30℃。以保证在此温度区间生成后续热冲压深加工所需要的奥氏体组织。在热冲压深加工处理过程中，其经感应加热处理后温度为880±30℃，在保温处理中保温180～250s，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为55±10℃/s，处理后温度冷却至170±50℃。保证对成形件能够具有较好的冷却效果，保证板材在形变过程中能够快速冷却，获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢零件。

在上述实施例的基础上，实施下列实施例：

实施例1

本实施例在薄板坯连铸连轧处理过程中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为930℃，经感应加热处理升温至1100℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为850℃。

经过精轧机组精轧处理后板材直接进入热冲压深加工处理，经过剪切装置剪切处理将板材剪切成热冲压模具需要的形状尺寸，经输送辊道进入后续流程处理，在热冲压深加工处理过程中温度为850℃，保温180～250s，使板材形成稳定的奥氏体组织。

保温后的高温板材通过高温智能机械手将板材转移到热冲压模具中进行热冲压。

在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为45℃/s，冷却至120℃，对成形件能够具有较好的冷却效果，保证板材在形变过程中能够快速冷却。获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢零件，成形后冲压淬火制件的抗拉强度达到1550MPa。

将在冲压淬火模具中成形的制件进行激光切割以及喷丸后处理，达到成形制件的尺寸要求并消除成形制件的表面氧化皮。

经过上述工艺过程，实现成形板材从原料到产品的一体化生产，对激光切割和喷丸后的零件进行成品包装，运送到各汽车生产企业。

实施例2

本实施例在薄板坯连铸连轧处理过程中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为950℃，经感应加热处理升温至1150℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880℃。

经过精轧机组精轧处理后板材直接进入热冲压深加工处理，经过剪切装置剪切处理将板材剪切成热冲压模具需要的形状尺寸，经输送辊道进入后续流程处理，在热冲压深加工处理过程中温度为880℃，保温180～250s，使板材形成稳定的奥氏体组织。

保温后的高温板材通过高温智能机械手将板材转移到热冲压模具中进行热冲压。

在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为55℃/s，冷却至170℃，对成形件能够具有较好的冷却效果，保证板材在形变过程中能够快速冷却。获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢零件，成形后冲压淬火制件的抗拉强度达到1550MPa。

将在冲压淬火模具中成形的制件进行激光切割以及喷丸后处理，达到成形制件的尺寸要求并消除成形制件的表面氧化皮。

经过上述工艺过程，实现成形板材从原料到产品的一体化生产，对激光切割和喷丸后的零件进行成品包装，运送到各汽车生产企业。

实施例3

本实施例在薄板坯连铸连轧处理过程中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为970℃，经感应加热处理升温至1200℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为910℃。

经过精轧机组精轧处理后板材直接进入热冲压深加工处理，经过剪切装置剪切处理将板材剪切成热冲压模具需要的形状尺寸，经输送辊道进入后续流程处理，在热冲压深加工处理过程中温度为910℃，保温180～250s，使板材形成稳定的奥氏体组织。

保温后的高温板材通过高温智能机械手将板材转移到热冲压模具中进行热冲压。

在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为65℃/s，冷却至220℃，对成形件能够具有较好的冷却效果，保证板材在形变过程中能够快速冷却。获得在室温下具有均匀马氏体组织的超高强度钢零件，成形后冲压淬火制件的抗拉强度达到1550MPa。

将在冲压淬火模具中成形的制件进行激光切割以及喷丸后处理，达到成形制件的尺寸要求并消除成形制件的表面氧化皮。

经过上述工艺过程，实现成形板材从原料到产品的一体化生产，对激光切割和喷丸后的零件进行成品包装，运送到各汽车生产企业。

通过上述实施方式可以看出，本发明将薄板坯连铸连轧与热冲压深加工技术流程再造，通过温度控制工艺，能够有效解决上下游企业全连续定制生产空间的局限性，节约资源能源，实现低成本生产。

Claims (5)

1.一种短流程制作高强度钢板的方法，其特征在于：在薄板坯连铸连轧处理过程中，获得精轧机组精轧处理后的薄板坯，然后直接剪切成预设尺寸，经感应加热满足热冲压目标温度后进行热冲压加工处理，制成高强度钢板，其包括薄板坯连铸连轧处理和热冲压深加工处理；所述薄板坯连铸连轧处理按照先后处理顺序包括如下步骤：连铸处理、粗轧机组粗轧处理、摆式剪处理、感应加热处理、除鳞箱处理和精轧机组精轧处理；所述热冲压深加工处理按照先后处理顺序包括如下步骤：剪切处理、感应加热处理、保温处理、冲压淬火处理、激光切割处理、喷丸处理，在薄板坯连铸连轧处理中，经连铸处理后薄板坯温度为1500℃，然后经过粗轧机组粗轧处理后，温度降为950±20℃，经感应加热处理升温至1150±50℃，经过精轧机组精轧处理后温度降为880±30℃；在热冲压深加工处理过程中，其经感应加热处理后温度为880±30℃，在保温处理中保温180～250s，在冲压淬火处理中，冲压淬火模具冷却速度设定为55±10℃/s，处理后温度冷却至170±50℃。

2.根据权利要求1所述的一种短流程制作高强度钢板的方法，其特征在于：所述高强度钢板的厚度为0.6～2.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种短流程制作高强度钢板的方法，其特征在于：所述粗轧机组为四辊轧机，所述精轧机组为四辊轧机；所述粗轧机组为3机架粗轧机，所述精轧机组为5机架精轧机。

4.根据权利要求1所述的一种短流程制作高强度钢板的方法，其特征在于：在冲压淬火处理中使用冲压淬火模具，其内部设置对板材进行淬火冷却的冷却管道。

5.根据权利要求1所述的一种短流程制作高强度钢板的方法，其特征在于：所述高强度钢板具有均匀马氏体组织，其抗拉强度达到1550MPa。

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