一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法与流程

本发明涉及中厚钢板生产技术领域，具体涉及一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法。

背景技术：

为保证材料使用的经济性和安全性，高强度、高韧性和低屈强比等成为现代钢材生产的基本要求和发展趋势之一，而这些性能的实现都离不开钢材的组织结构控制或相变控制，尤其是低屈强比钢。控制轧制和控制冷却技术是20世纪60年代发展起来的以取得最佳的细化晶粒和组织状态，通过多种强韧化机制改善钢的性能为根本目标的热机械处理或形变热处理技术。所谓的控制冷却，即是通过控制钢板/卷轧后的冷却速度来控制所轧钢板/卷板的组织和力学性能。目前，国内外中厚板/卷生产中所采用的轧后冷却方式主要有一段冷却和分段冷却，主要通过控制各段的目标温度和冷速来达到控制钢板/卷板组织和力学性能的目的。

分段冷却中，水冷、空冷和水冷三段式冷却方式常见于热连轧卷板生产领域，如中国专利CN101979166A采用的即为水冷、空冷和水冷的冷却方式，这种冷却方式鲜见于中厚板生产，其他则多为生产模拟研究。一般情况下，由于设备工艺限制，中厚板机组的层流冷却装置长度一般较短，只能采用一段式层流冷却，不能实现以控制相变为目的的层流分段冷却。

国内外生产低屈强比钢管线钢一般采用轧后弛豫结合层流冷却模式，生产效率较低；TMCP工艺生产高强度低碳贝氏体钢存在冲击韧性不稳定的情况，本项发明能够有效地解决这些问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法，充分利用设备条件，灵活设置冷却集管的关闭，得到不同的中间空冷时间，实现钢板的相变控制，能够降低高强度钢板的屈强比及提高高强度钢板冲击韧性，解决了现有技术中生产高强度钢板存在屈强比偏高和冲击韧性不稳定的问题，提高了生产效率。

综上所述，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：第一段层流水冷：高强度钢板经炉卷轧机轧制之后，将高强度钢板从Ar3温度以上进行第一段层流冷却，层流冷却速度为15℃/s-40℃/s，根据不同的性能要求，控制不同的辊道速度，开启层流集管0.5-2组，冷却后的温度范围为600℃-740℃；

步骤二：层流辊道上空冷：所述步骤一中高强度钢板经第一段层流水冷之后，控制辊道速度，并关闭层流集管2-4组，使钢板在炉卷轧机的层流辊道上进行空冷，空冷时间为6s-12s；

步骤三：第二段层流水冷：所述步骤二中高强度钢板经空冷之后，进行第二段层流冷却，层流冷却速度为20℃/s-40℃/s，终冷温度为200℃-400℃。

进一步，所述步骤一和所述步骤二中的辊道速度在60-90m/min之间。

进一步，所述步骤一～步骤三中的高强度钢板为低碳成分体系的低合金高强度钢板。

本发明产生的有益效果如下：

(1)本发明实现了炉卷机组通过实行分段冷却控制中厚板相变的技术问题，能够实现批量生产。

(2)本发明能够降低高强度钢板的屈强比，生产出组织为多边形铁素体和贝氏体的低屈强比管线钢，为炉卷机组开发低屈强比高强度钢板和大变形管线钢提供技术基础。

(3)本发明能够提高高强度钢板的冲击韧性，生产出针状铁素体和多位向板条贝氏体的低碳贝氏体高强度钢，有效控制钢板冲击韧性的质量波动。

(4)本发明工艺控制简单，适应性强，不增加生产成本，本发明通过控制炉卷机组轧后层流分段冷却工艺实现中厚板的相变控制，对钢液成分控制、加热温度、轧制工艺等均没有特殊要求，具有操作简单、适应性强、不增加生产成本等特点。

本发明通过控制第一段层流冷却温度、冷却速度、空冷时间和终冷温度，获得不同的组织匹配，达到以控制相变来降低钢板屈强比或提高钢板冲击韧性的有益效果。

与现有技术相比，本发明适用于中厚板生产技术领域，其不同之处在于利用炉卷机组自带的层流冷却装置，通过分段层流冷却方式，实现了中厚板相变控制。本发明适充分利用设备条件，灵活设置冷却集管的关闭，得到不同的中间空冷时间，实现钢板的相变控制，能够降低高强度钢板的屈强比及提高高强度钢板冲击韧性，解决了现有技术中生产高强度钢板存在屈强比偏高和冲击韧性不稳定的问题，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明的实施例1和对比例1获得的金相组织的对照图；

图2为本发明的实施例2和对比例2获得的金相组织的对照图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的保护范围并不限于此。

一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：第一段层流水冷：高强度钢板经炉卷轧机轧制之后，将高强度钢板从Ar3温度以上进行第一段层流冷却，层流冷却速度为15℃/s-40℃/s，根据不同的性能要求，控制不同的辊道速度，辊道速度在60-90m/min之间，开启层流集管0.5-2组，冷却后的温度范围为600℃-740℃。

步骤二：层流辊道上空冷：所述步骤一中高强度钢板经第一段层流水冷之后，控制辊道速度为60-90m/min，并关闭层流集管2-4组，使钢板在炉卷轧机的层流辊道上进行空冷，空冷时间为6s-12s；

步骤三：第二段层流水冷：高强度钢板经空冷后进行第二段层流冷却，以20℃/s-40℃/s的冷却速度经层流冷却至200℃-400℃，使钢板中未转变的奥氏体转变为贝氏体，最终实现中厚板的相变控制，获得针状铁素体和多位向板条贝氏体或多边形铁素体和贝氏体的组织结构。

所述高强度钢板为低碳成分体系的低合金高强度钢板。本发明利用炉卷机组现有的层流冷却装置，通过层流分段冷却，在步骤一和步骤二中使轧后钢板从Ar3温度以上开始层流冷却，根据所追求的性能不同确定第一段层流冷却开水组数、辊道速度和关闭组数。

实施例1：

牌号为L450M的管线钢，规格为20mm厚×2672mm宽，经炉卷机组轧制后采用层流分段冷却工艺，终轧温度为780℃，一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：第一段层流水冷：管线钢经炉卷轧机轧制之后，将高强度钢板进行第一段层流冷却，第一段层流冷却速度为20℃/s；控制辊道速度为60m/min，开启层流集管的组数为1组，冷却至720℃；

步骤二：层流辊道上空冷：所述步骤一中管线钢经第一段层流水冷之后，控制辊道速度为70m/min，并关闭相应组数的层流集管4组，使钢板在炉卷机的层流辊道上进行空冷，空冷时间为10s，使轧制后的奥氏体部分相变为多边形铁素体；

步骤三：第二段层流水冷：所述步骤二中高强度钢板经空冷之后，进行第二段层流冷却，第二段层流冷却速度为25℃/s，终冷温度为320℃，使钢板中未相变的奥氏体转变为贝氏体，最终实现中厚板的相变控制，获得具有多边形铁素体和贝氏体的组织结构的管线钢。

经检测，该具有多边形铁素体和贝氏体的组织结构的管线钢的力学性能屈服强度R_t0.5：515MPa，抗拉强度Rm：711MPa，屈强比：0.72，延伸率A₅₀：43.6％，-20℃冲击韧性Akv：240J，-15℃落锤性能DWTT剪切面积SA％：93％,具体见表1中实施例1对应的生产工艺及其组织性能数据，如图1A所示，是本实施例最终获得的具有多边形铁素体和贝氏体的管线钢金相组织。

对比例1：

牌号为L450M的管线钢，规格为20mm厚×2672mm宽，经炉卷机组轧制后采用常规层流冷却工艺，即一段式冷却，终轧温度780℃，层流冷却速度27℃/s，终冷温度500℃，最终获得具有准多边形铁素体和M/A组织结构的管线钢。经检测，其力学性能屈服强度R_t0.5：499MPa，抗拉强度Rm：581MPa，屈强比：0.86，延伸率A₅₀：38％，-20℃冲击韧性Akv：230J，-15℃DWTT剪切面积SA％：92％，具体见表1中对比例1对应的生产工艺及其组织性能数据。如图1B所示，是本对比例最终获得的具有准多边形铁素体和M/A岛的管线钢金相组织。

表1实施例1与对比例1的生产工艺及其对应的组织性能

将表1中实施例1和对比例1的数据进行对比可以看出，实施例1和对比例1最终得到的管线钢的冲击韧性、DWTT性能没有明显差异，但实施例1的屈强比与对比例1相比得到了明显降低；管线钢的金相组织类型由准多边型铁素体和M/A岛转变为多边形铁素体和贝氏体；因此，利用本发明得到的管线钢的金相组织和力学性能得到明显改变。

实施例2：

800MPa级低碳贝氏体高强度钢，规格为25mm厚×2645mm宽，经炉卷机组轧制后采用层流分段冷却工艺，终轧温度770℃，一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：第一段层流水冷：高强度钢板经炉卷轧机轧制之后，将高强度钢板进行第一段层流冷却，第一段层流冷却速度为18℃/s；控制辊道速度为76m/min，开启层流集管的组数为2组，冷却至630℃；

步骤二：层流辊道上空冷：所述步骤一中高强度钢板经第一段层流水冷之后，控制辊道速度为76m/min并关闭相应组数的层流集管3组，使钢板在炉卷机的层流辊道上进行空冷7s，使轧制后的奥氏体部分转变为针状铁素体；

步骤三：第二段层流水冷：所述步骤二中高强度钢板经空冷之后，进行第二段层流冷却，第二段层流冷却速度为22℃/s，终冷温度为390℃，使钢板中未相变的奥氏体转变为不同位向的板条贝氏体，得到具有针状铁素体和多位向板条贝氏体的组织结构的高强度钢板。

经检测，具有针状铁素体+多位向板条贝氏体的组织结构的高强度钢板的力学性能屈服强度R_t0.5：855MPa，抗拉强度Rm：990MPa，屈强比：0.86，延伸率A：27％，-40℃冲击韧性A_kv：120J,具体见表2中实施例2对应的生产工艺及其组织性能数据。如图2A所示，是本实施例之中获得的具有针状铁素体和多位向板条贝氏体的高强度钢板金相组织。

对比例2：

800MPa级低碳贝氏体高强度钢，规格为25mm厚×2650mm宽，经炉卷机组轧制后采用常规层流冷却工艺，即一段式冷却，终轧温度770℃，层流冷却速度22℃/s，终冷温度400℃。最终获得具有板条贝氏体的组织结构的高强度钢；经检测，其力学性能屈服强度R_t0.5：865MPa，抗拉强度Rm：992MPa，屈强比：0.87，延伸率A：26％，-40℃冲击韧性A_kv：50J，具体见表2中对比例2对应的生产工艺及其组织性能数据。如图2B所示，是本对比例之中获得的具有板条贝氏体的的高强度钢板金相组织。

表2实例二与对比例二的生产工艺及其组织性能

将表2中实施例2和对比例2的数据进行对比可以看出，实施例2和对比例2最终得到的800MPa级低碳贝氏体高强度钢的屈服强度、抗拉强度、屈强比、延伸率没有明显差异，但实施例2的-40℃冲击韧性与对比例2相比得到了明显的提高；800MPa级低碳贝氏体高强度钢的金相组织类型由板条贝氏体转变为针状铁素体和多位向板条贝氏体；因此，利用本发明得到的低碳贝氏体高强度钢的的金相组织和力学性能得到明显改变。

要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。