一种热轧先进高强钢的扁卷控制方法与流程

本发明涉及一种带钢的制造方法，具体涉及一种热轧先进高强钢的扁卷控制方法，属于钢铁冶金的热轧带钢制造领域。

背景技术：

随着社会对环境、能源、安全性等要求的提高，汽车钢正向轻量化、高强化和低成本方向发展，采用薄板坯连铸连轧工艺生产薄规格先进高强钢(ahss)已成为行业新的发展方向。典型的薄板坯连铸连轧工艺生产流程一般包括钢水冶炼、板坯连铸、均热炉加热、精轧、带钢层流冷却、卷取及入库冷却几个阶段，如附图1所示。值得重视的是，部分品种的先进高强钢(ahss)在生产过程中容易出现热轧扁卷失效，且其中薄规格(≤2.5mm)尤其严重。

热轧扁卷失效(简称扁卷)是指带钢在卷取结束后，当卷取机的卷筒抽出，卧式钢卷在重力作用下发生塌陷而呈椭圆形。这种扁卷过程可能是在卸卷后迅速发生的，也能是在冷却过程中缓慢发生的。带钢钢卷出现扁卷后，其最小内径会小于后续加工设备允许的最小直径，从而会导致钢厂或钢材客户的后续工序无法顺行。对于轻微扁卷的钢卷，可使用火焰枪切除部分变形严重的内圈，然后上机生产，但此措施会增加额外生产成本，影响生产效率和成材率。此外，椭圆钢卷在平整过程中圆周速度不一致，张力波动较剧烈，容易造成钢卷表面损伤，造成产品降级或判废。

针对此类带钢扁卷问题，公开号为cn1506174a的中国发明专利公开一种防止热轧钢带扁卷的卷取方法，将含碳量＞0.25％的钢带的卷取温度控制在ar1+(-10～+60℃)范围，使钢卷的相变从外层及卷筒接触的芯部向中间层逐步进行，从而消除扁卷。公开号为cn108754104a的中国专利公开了一种消除590mpa级别双相钢扁卷缺陷的方法：热轧终轧温度按照奥氏体的铁素体化的相变起始温度控制，促进奥氏体向铁素体转变；热轧冷却段分成快冷段和缓冷段，在快冷段将热轧板冷却到层冷中间温度，促进奥氏体向铁素体转变，在缓冷段促进奥氏体向珠光体转变，降低残余奥氏体的占比。公开号为cn107904376a的中国专利提供一种防止双相钢扁卷的方法及装置，通过控制精轧出口温度为860～900℃、控制冷却速度为70～100℃/s，可以为带钢相变积累能量使得带钢相变提前发生，防止带钢卷取成卷后再发生相变形成扁卷。公开号为cn102335681a的中国专利公开了一种防止热轧带钢扁卷的卷取方法，卷取温度为500℃～600℃，然后将卷取后的钢卷在卷取机卷筒上停留20s～60s。公开号为cn107812789a的中国专利公开了一种防止热轧卷扁卷的方法：将热轧后的带钢经过层流冷却，快速冷却至650～700℃或500～550℃进行卷取，卷取后的热轧钢卷在卷取机上停留5～20s；所述卷取张力较常规卷取张力提高5～10％。

热轧带钢的扁卷机制与钢卷的相变过程有关。dp、trip、qp钢等先进高强钢基于对组织和性能的要求，一般添加较多的c、mn、cr等高淬硬性合金元素，推迟扩散相变的发生，如附图2所示。由于带钢在层流冷却辊道上未相变或者相变未完成，未转变的奥氏体在卷取后发生相变会产生相变膨胀及相变潜热热膨胀，使钢卷出现松卷而发生扁卷；另一方面，由于未转变奥氏体的相变塑性机制，在重力场应力作用下钢卷会发生塑性变形导致扁卷。因此，带钢在层流辊道上奥氏体转变完成度是扁卷的最重要影响因素之一。除此之外，热轧带钢厚度也是影响扁卷的重要因素，带钢厚度越薄，其刚度越低，不足以支持自重，容易造成扁卷缺陷。上述专利技术涉及的热轧扁卷控制方法有的卷取温度过高，对于部分钢种容易带来内氧化等表面问题，给后续涂镀带来困难；有的控制方法(如过长的卷筒等待时间)影响生产效率，或者对薄规格钢卷的扁卷问题无显著改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对热轧先进高强钢的扁卷问题以及现有技术的不足，提供一种热轧先进高强钢的扁卷控制方法。本发明的核心思路是通过控制带钢成品表面粗糙度状态及带钢在层流辊道上的相变进程，协调钢卷重力势能和总弹性储存能的转化，使钢卷在重力作用下免于扁卷或扁卷程度在可接受范围。

本发明具体是这样实现的：

一种热轧先进高强钢的扁卷控制方法，主要包括四个控制阶段：带钢精轧表面粗糙度控制阶段、层流冷却奥氏体相变控制阶段、卷取张力控制阶段、卷取后旋转控制阶段。

更进一步的方案是：

带钢精轧表面粗糙度控制阶段，精轧机组末机架工作辊表面经过激光毛化处理，工作辊表面粗糙度rz控制为80～100μm；每厘米粗糙度峰的个数rpc为50～70个/cm。

更进一步的方案是：

带钢精轧表面粗糙度控制阶段，末机架压下量为15～20％。

更进一步的方案是：

带钢精轧表面粗糙度控制阶段，对终轧温度(fdt)进行控制，fdt＝ar3+(80～100)℃；ar3按照以下公式计算：ar3＝901-325×c％+33×si％+287×p％+40×al％-92×(mn％+mo％+cu％)-46×(cr％+ni％)。

更进一步的方案是：

层流冷却奥氏体相变控制阶段，采取两阶段冷却方式，带钢出精轧机组后快冷(70～100℃/s)至中间空冷温度tm，即先共析铁素体转变鼻尖点温度(tn)附近，tm＝tn±10℃，层流阶段中间空冷段时间t控制在t＝4～8s，然后快速降至卷取温度(ct)，ct＝(400～580)±30℃。

更进一步的方案是：

卷取张力控制阶段，带钢的卷取单位张力控制为tu＝50～60mpa，夹送辊后张力分配系数为0.25～0.35。

更进一步的方案是：

卷取后旋转控制阶段，是带钢卷取结束后，钢卷在卷取机内随卷取芯轴以20～30rpm的转速旋转30～40s后卸卷出卷取机。

更进一步的方案是：

所述带钢的化学成分的重量百分含量为c：0.02～0.4％；si：0.2～2.0％；mn：0.8～3.0％；cr≤1.0％；cu≤0.5％；mo≤1.0％；ti+nb+v≤1.0％；p≤0.03％；s≤0.01％；n≤0.01％；b≤0.005％,其余为fe及不可避免的杂质。

采用上述控制工艺的原因在于：当不考虑温度及相变对热轧钢卷的影响，钢卷在卷取时，受卷取张力的作用而储存总弹性能tee(初始总弹性能tee0＝tl，其中t为卷取总张力，l为带钢长度)，同时钢卷本身具有重力势能gpe(卸卷初始重力势能gpe0＝mgd/2，其中m为钢卷质量，g为重力常数，d为钢卷直径)，这两项均是钢卷扁卷塌陷量x的函数，且钢卷扁卷过程是这两项势能的竞争转化过程，如附图3(a)所示。当钢卷以小张力卷取时，卸卷后钢卷的初始总弹性能tee0较小，钢卷重心将降低以使部分重力势能转化为弯曲弹性能和部分由于层间摩擦而产生的内能，当重力势能gpe降至与总弹性能tee相等时，钢卷达到能量平衡状态，扁卷过程中止(如附图3(b)的gpe1和tee2曲线所示)；当卷取张力设置合适时，gpe(x)andtee(x)在接近x＝0处相交，表示基本无扁卷。因此，增加卷取张力是控制扁卷的有效手段。但是热轧钢卷还有温度及相变因素对扁卷产生影响，相变膨胀及相变潜热导致的热膨胀会导致钢卷发生松弛，使层间压力p降低，层间接触面积减少，摩擦系数μ也降低。

因此，除了通过增加卷取张力t来增大卸卷后钢卷层间的残余径向压力p，在精轧阶段，通过对精轧末机架工作辊表面进行毛化处理及增加末机架压下量来增加带钢的表面粗糙度，使钢卷层间摩擦系数μ增加，从而增大钢卷的层间摩擦力f及等效剪切刚度g＝μp，继而增加抵抗钢卷扁卷的能力。

在精轧阶段，考虑到轧制压力，采用相对较低的终轧温度fdt，fdt＝ar3+(80～100)℃，此温度范围能保证在奥氏体单相区进行终轧，较低的温度使精轧末机架的奥氏体晶粒更加细小且通过积累变形增加铁素体形核点。另外低温终轧可以降低轧制速度，保证更长的中间空冷时间。

在层流冷却阶段，带钢通过较快的冷却速度(70～100℃/s)冷却至铁素体转变c曲线鼻尖温度tn附近(tm＝tn±10℃)开始铁素体转变，中间空冷时间t＝4～8s，使奥氏体发生先共析转变且生成大量先共析铁素体，尽量消耗奥氏体，冷却路线见附图2的路线②。

在带钢卷取阶段，带钢的卷取单位张力控制为tu＝50～60mpa。夹送辊后张力分配系数设置为0.25～0.35，则轧机末机架与夹送辊之间带钢的张力为0.65～0.75tu。一方面，由于钢铁的降温相变均是膨胀相变，较大的张应力状态能促进铁素体相变的发生；另一方面，通过增加卷取张力t来增大卸卷后钢卷层间的残余径向压力p，增加钢卷等效剪切刚度g。

在带钢卷取后阶段，使钢卷在卷取机内随卷取芯轴以20～30rpm的转速旋转30～40s后卸卷出卷取机，一方面，30～40s的时间可以使仍未转变的奥氏体充分转变，另一方面，钢卷的缓慢旋转可以均匀钢卷的受力状态及层间缝隙，增加钢卷的稳定性。

本发明有以下有益效果：

本发明提供的热轧先进高强钢的扁卷控制方法增加了热轧带钢成品表面粗糙度，使钢卷的层间摩擦力及等效剪切刚度增加，继而增加抵抗钢卷扁卷的能力；增加了带钢在层流辊道上的奥氏体相变比例，减少了卷取后相变膨胀、潜热膨胀及相变塑性变形，协调钢卷重力势能和总弹性储存能的转化，使钢卷卸卷后的内圈直径变化在可控范围：热轧钢卷内圈短轴长度b≥700mm,长轴长度a与短轴长度b满足a-b≤80mm，避免切除钢卷内圈造成的额外生产成本增加及成材率损失。

另外，本发明提供的热轧先进高强钢的扁卷控制方法适用于不同成分的热轧先进高强钢钢种，尤其适用于薄规格热轧带钢，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1为本发明所述薄板坯连铸连轧工艺产线示意图；

图2为主要合金元素对典型先进高强钢相变动力学的影响及本发明所述方法涉及的层流冷却路线示意图；

图3为钢卷重力势能与弹性势能的竞争转化过程示意图；

其中，图1中，1为板坯连铸、2为均热炉加热、3为精轧、4为带钢层流冷却、5为带钢卷取、6为钢卷入库冷却。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只对本发明作进一步说明，其他跟据本发明做出的非本质修改或调整仍属于本发明的保护范围。

本发明所述热轧先进高强钢的扁卷控制方法主要包括四个控制阶段：带钢精轧表面粗糙度控制阶段、层流冷却奥氏体相变控制阶段、卷取张力控制阶段、卷取后旋转控制阶段。

在精轧阶段，精轧机组末机架工作辊表面经过激光毛化处理，工作辊表面粗糙度rz控制为80～100μm；每厘米粗糙度峰的个数rpc为50～70个/cm。

在精轧阶段，末机架压下量为15～20％。

在精轧阶段，对终轧温度(fdt)进行控制，fdt＝ar3+(80～100)℃；ar3按照以下公式计算：ar3＝901-325×c％+33×si％+287×p％+40×al％-92×(mn％+mo％+cu％)-46×(cr％+ni％)。其中，c％，是c的质量百分比，如果c的质量百分比含量是0.4％，那么公式里的c％取值是取0.4，公式里的si％、p％、al％、mn％、mo％、cu％、cr％、ni％的含义和c％相似。

带钢在层流冷却阶段，采取两阶段冷却方式，带钢出精轧机组后快冷(70～100℃/s)至中间空冷温度tm，即先共析铁素体转变鼻尖点温度(tn)附近，tm＝tn±10℃，层流阶段中间空冷段时间t控制在t＝4～8s，然后快速降至卷取温度(ct)，ct＝(400～580)±30℃。

在带钢卷取阶段，带钢的卷取单位张力控制为tu＝50～60mpa,夹送辊后张力分配系数为0.25～0.35。带钢卷取结束后，钢卷在卷取机内随卷取芯轴以20～30rpm的转速旋转30～40s后卸卷出卷取机。

上述方法可以适用于不同规格和品种的热轧带钢。优选地，本发明的提供的热轧先进高强钢的扁卷控制方法尤其适用于薄规格热轧先进高强钢。所述带钢的化学成分的重量百分含量为c：0.02～0.4％；si：0.2～2.0％；mn：0.8～3.0％；cr≤1.0％；cu≤0.5％；mo≤1.0％；ti+nb+v≤1.0％；p≤0.03％；s≤0.01％；n≤0.01％；b≤0.005％,其余为fe及不可避免的杂质。

以下为本发明的具体实施例：

实施例一

热轧qp钢，带钢厚度从1.0mm到4.0mm，带钢的化学成分重量百分比含量(wt.％)如表1所示，余为fe及不可避免的杂质。带钢相关工艺见表2a，2b。

表1：带钢化学成分(wt.％)

表2a

表2b

下表3为实施例1的带钢钢卷扁卷程度结果及与对比例的比较。

表3：实施效果

实施例2

冷轧dp钢热轧原料卷，带钢厚度从1.0mm到4.0mm，带钢的化学成分重量百分含量(wt.％)如表4所示，余为fe及不可避免的杂质。带钢相关工艺见表5a，5b。

表4：带钢化学成分(wt.％)

表5a

表5b

下表6为实施例2的带钢钢卷扁卷程度结果及与对比例的比较。

表6：实施效果

实施例3

热轧热成形钢，带钢厚度从1.0mm到4.0mm，带钢的化学成分重量百分含量(wt.％)如表7所示，余为fe及不可避免的杂质。带钢相关工艺见表8a，8b。

表7：带钢化学成分(wt.％)

表8a

表8b

下表9为实施例3的带钢钢卷扁卷程度结果及与对比例的比较。

表9：实施效果

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。