专利名称：：一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法
技术领域：
：本发明属于低合金钢生产工艺领域，涉及到高强韧厚钢板的在线淬火制造方法。技术背景近年来随着世界能源危机的加剧，冶金行业作为能耗大户，产能扩充与能源匮乏之间产生了严重的矛盾，节能降耗高效的生产工艺成为冶金企业的主要研究方向。目前高强高韧厚钢板生产主要采用离线再加热淬火+回火的调质处理生产方式，生产周期较长，能耗大。也有研究采用非调质工艺生产高强度钢板，如2001年的中国专利(ZL01128316.5)"大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法"，采用正火+回火方式。此专利的不足之处在于正火'+回火生产工艺仍然不能摆脱生产周期长，能耗大的缺点。又如2006年的中国专利申请(申请号为200610092574.1)"具有高屈服强度的非调质钢板"，及2005年的中国专利申请(申请号为200510047195.6)"大线能量低焊接裂纹敏感型厚钢板及其生产方法"。此两个专利的不足之处在于，钢板采用TMCP方式生产，对生产过程中各工艺参数，如加热温度、各阶段轧制温度、压下率及轧后冷却参数等均有较严格的要求，工艺控制困难，钢板性能不稳定，焊接性能差，不能保证工程结构施工的高效率与高安全性，特别是不能作为冶,、能源、石化、化工、水电等行业对安全性能要求较高的承压部件材料。随着高强度钢板市场需求越来越大，且冶金行业节能降耗呼声越来越高，高强高韧厚钢板的生产急需一种低成本、低能耗、快节奏且能保证钢板性能稳定性的工艺。
发明内容本发明的目的是提供一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法，该方法能够克服传统调质工艺、正火+回火工艺及tmcp工艺等生产;^式之不足，具有低成本、低能耗、快节奏的特点，配合合适的化学成分设计，使其既能保证高强度、高韧性和良好的焊接性能等要求，提高工程结构的施工效率和安全可靠性，又能简化生产工艺、縮短生产流程、降低生产能耗，适合大生产操作。为达到上述目的，本发明设计了在线淬火工艺生产高强韧厚钢板。在线淬火工艺采用的成分设计是利用极少量的Nb、V、Ti复合微合金化，添加少量Mo、B等提高厚钢板的淬透性，配合后期的控制轧制，充分利用轧制后钢板的余热，利用气雾及水幕两阶段冷却实现钢板》25X:/s的快金冷却，使钢板在线淬火，节省了同类钢板下线再加热淬火的工序，提高了生产效率，节约了能源。本发明的技术方案是该种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法，其特征在于，将钢坯加热至1100'c125(tc;分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为860°c950°c;采用气雾及水幕两阶段冷却方式实现钢板在线淬火，冷却区平均冷却速度为2545°c/s，温度降至15(tc300"c的淬火终止；对淬火后的钢板在58(tc650。c高温下回火。前述方法中，所述的钢板成分按重量百分比为C:0.050.15%，Sh0.150.35%，Mm1.402.00%，P《0.010%，S《0.005%，Nb《0.06%，V《0.06%,Ti《0.040%，及Ni《0.40X,Mo《0.20%,Cu《0.70%,Cr《0.50%，B:0.00050.0020%中的两种或两种以上，其余为Fe及不可避免的杂质。前述方法中，所述的钢板厚度为20mm50mm。基于前述方法，本发明工艺采用气雾冷却+水幕冷却两阶段冷却方式实现在线淬火，有其独到的效果。通常气雾冷却主要是利用高压风机产生一定压力、流量、流速的风与供水管中一定压力和流量的水(水温<35°0)，在同时经过喷嘴时，利用射流原理使水和风完全混合，喷射出均匀、弥散、细密的气雾，在被冷却的轧件表面进行快速的热交换，带走轧件表面热量，从而縮短轧件的降温时间，使其在一定的可控时间范围内达到工艺要求的温度。一般的冷却方式都力图使水穿透因汽化而形成的水膜，使水直接与轧件接触或使热轧件浸泡在冷却水中，带走热量，提高冷却效果。而气雾冷却在本发明中则是利用气流把水分散成液滴，形成气流膜层并带到整个轧件表面。它不是力图克服气流膜层，而恰恰是利用不断更新的气流膜层使轧件均匀快速地冷却。气雾冷却在本发明中主要有以下优点(1)冷却均匀。用加压的空气使水流成雾状,对轧件进行"面"式的连续冷却，相对于"点"式和"线"式冷却方式具有较高的冷却均匀性；通过喷射角度的调节，可以实现水流冲击区的位置控制，实现轧件不同位置的不同冷速控制；压縮空气除了能够使水雾化外，还能排除槽内的滞留水，使轧件的冷却不均进一步得到改善。'(2)冷却强度大，冷却水的利用率高。在相同比水量条件下，气雾冷却由于水被压縮空气雾化，蒸发量大，水粒小，单位体积带走的热量大，以核沸腾传热为主，使换热系数提高，冷却速度快。(3)冷却能力调整范围宽，可实现单独风冷、弱水冷和强水冷。但是，为了实现在线淬火，提高生产效率，仅靠气雾冷却还不够，本发明提出了气雾及水幕两阶段冷却方式。水幕冷却出水口沿轧件宽度方向为连续的整体板片状水流，A层流状态，水流没有相邻水柱在冲击钢板时形成的干扰，冷却能力强，冷却区短，冷却效率高，对水质要求不严。水幕冷却在本发明中主要有以下优点(1)水幕为板状层流水流落到钢板表面上，沿宽向无干扰，冷却能力强，能充分发挥冷却水的冷却效率，从而縮短了冷却区长度，减少了喷头数量，节约水资源，而且其设备少、投资小。(2)水幕冷却出水口沿钢板宽度方向为连续的整体板片状水流，因此钢板的横向冷却基本均匀。通过调整上、下水幕的流量比例，可使钢板上、下表面，纵、横向冷却都均匀，从而提高产品质量与合格率。(3)可根据产品工艺要求改变每个水幕的水流幅度和流量，控制灵活。(4)由于水幕间距较大，形成的冷却系统为间歇冷却，使钢板在冷却区反复淬火-回火，这有利于晶粒的细化和性能强化，可进一步挖掘钢材的内在潜力，提高经济效益。采用气雾冷却+水幕冷却两阶段冷却方式，可以实现钢板在线淬火。这种组合冷却方式并不是简单的选择，而是有其内在的联系。气雾冷却在前，用加压的空气使水流成雾状，对轧件进行"面"式的连续冷却，这种均匀地速冷方式有利于保证钢板质量。水幕冷却在后，一方面水幕为板状层流水流落到钢板表面上，沿宽向无干扰，冷却能力强，能充分发挥冷却水的冷却效率，从而縮短了冷却区长度；另一方面，由于水幕间距较大，形成的冷却系统为间歇冷却，使钢板在冷却区反复淬火-回火，这有利于晶粒的细化和性能强化。本发明的有益效果在于(1)在线淬火工艺生产高强高韧厚钢板，主要通过合理设计轧制、冷却及回火工艺实现钢板性能，对化学成分要求不严，可在较少合金含量的情况下实现钢板高强度、高韧性。(2)采用轧后直接在线淬火工艺。以不低于25'C/s的冷却速率在线淬火,获得与常规调质钢同类型的高强高韧性组织，节省了同类钢板下线再加热淬火的工序，生产周期短、成本低，提高了生产效率，节约了能源。(3)采用气雾、水幕两种冷却方式的合理配合，能够达到较高的冷却速度及较低的终冷温度，实现在线淬火，相对于TMCP工艺，冷却过程更容易控制，冷却更加均匀，获得的钢板性能更加稳定。(4)轧后在线淬火工艺的采用，能够保留低温大压下终轧时钢板组织内部的高密度位错，为相变增加形核点，晶粒更细化。同时位错的保留也为回火时粒子的析出提供了条件。具体实施方式本发明采用在线淬火工艺生产高强韧厚钢板。其整体工艺流程为优质铁水-KR铁水预处理-120吨顶底复吹转炉-CAS站吹氩处理-LF炉精炼-VD真空脱气处理-板坯浇铸-步进式加热炉-高压水除鳞-轧机粗轧-轧机精轧-在线淬火-强力矫直-精整-喷号标识-探伤-回火-取样检验-入库-发货。生产钢板所需主要成分按重量百分比为C:0.050.15%,Si:0.150.35%，Mn:1.402.00%，P《0.010%，S《0.005%，Nb《0.06%，V《0.06%，Ti《0.040%，以及含有Ni《0.40X,Mo《0.20%，Cu《0.70%，Cr《0.50%，B:0.00050.0020%中的两种或两种以上，其余为Fe及不可避免的杂质。实施时，可按技术要求选择。将钢坯加热至1100°C1250°C，钢板通过粗轧机、精轧机轧制后，奥氏体晶粒充分细化。在钢板轧后高温状态下迅速进入ACC进行在线f卒火。通过精准的计算机控制，实现工艺所要求的冷却速度、终冷温度等，使钢板达到淬火的效果。期间要控制好钢板的终轧温度，实现轧制与冷却的最佳配合。淬火后的钢板进行适当的回火处理，完全达到调质处理的效果。轧制工艺采用双机架控制轧制，粗轧机进行98(TC以上完全再结晶区轧制，减少中间坯等待时间，防止再结晶奥氏体过分长大。精轧机进行未再结晶控轧，轧制温度控制在930。C(Ar3+10(TC),累积变形量》60%，末道次之前道次变形率25%30%。一般终轧温度为860°C950°C。在线淬火工艺厚度为20mm50mm的钢板出精轧机后尽快进入冷却区域，防止精轧后变形奥氏体过分长大及先共析铁素体的析出，保证淬火效果。冷却区域分一区气雾冷却阶段和二区水幕冷却阶段，利用一区气雾冷却的超快冷却速度实现钢板淬火，在二区水幕冷却阶段，通过钢板反复淬火+自回火过程，实现组织细化及厚度方向的均匀冷却。冷却区平均冷速2545°C/s，终冷温度控制在150°C300°C。回火工艺会同合金元素设计、控轧控冷工艺共同体现出钢板最后高强度和良好的塑性、韧性性能。回火工艺的控制保证组织有一定的内部位错，位错处析出细小的碳化物。部分碳化物从晶粒内部弥散析出，起到沉淀强化的作用，但是不能聚集长大。钢板回火温度58(TC65(TC。对按照本发明工艺要求所生产32mm高强高韧钢板做均匀性试验，在钢板长度方向头部、中部、尾部，宽度的两个边部、两个l/4处及l/2处，厚度方向1/4处和1/2处取样进行强度及低温韧性检验。检验结果见表1、表2。表132mm钢板1/4厚度处力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表232mm钢板1/2厚度处力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注冲击功是平均值。试验结果表明，此发明工艺生产钢板具有高强度、高韧性，且钢板各部位及厚度方向性能均匀。此发明工艺克服了常规离线再加热淬火+回火的调质处理生产方式及正火+回火工艺生产周期长、成本高的缺点，可以生产性能稳定的高强高韧厚钢板，弥补了TMCP工艺钢板性能稳定性方面的不足。此发明工艺成分要求不高、工艺操作简单，生产流程短、能耗低，便于在大生产中推广，可广泛应用于冶金、能源、城建、石化、化工、交通、机械、水电及船舶等行业所需高强高韧厚钢板的制造。权利要求1.一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法，其特征在于，将钢坯加热至1100℃～1250℃；分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为860℃～950℃；采用气雾及水幕两阶段冷却方式实现钢板在线淬火，冷却区平均冷却速度为25～45℃/s，温度降至150℃～300℃的淬火终止；对淬火后的钢板在580℃～650℃高温下回火。2.根据权利要求1所述的生产工艺方法，其特征在于，所述的钢板成分按重量百分比为C:0.050.15%,Si:0.150.35%，Mn:1.402.00%，P《0.010%，S《0.005%，Nb《0.06%，V《0.06%，Ti《0.040%，以及Ni《0.40%，Mo《0.20%，Cu《0.70%，Cr《0.50%，B:0.00050.0020%中的两种或两种以上，其余为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的生产工艺方法，其特征在于钢板厚度为20mm50mm。全文摘要一种高强韧厚钢板的在线淬火生产工艺方法，属于低合金钢生产工艺领域，它是将钢坯加热至1100℃～1250℃；分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为860℃～950℃；采用气雾及水幕两阶段冷却方式实现钢板在线淬火，冷却区平均冷却速度为25～45℃/s，温度降至150℃～300℃的淬火终止；对淬火后的钢板高温下回火。此发明工艺克服了常规调质处理方式生产周期长、成本高及TMCP工艺生产高强韧钢板性能稳定性差的缺点，可以生产性能稳定的20mm～50mm高强高韧钢板。生产流程短、能耗低，可广泛用于制造冶金、石化、水电及船舶等行业所需钢板。文档编号C21D9/00GK101215624SQ20081001360公开日2008年7月9日申请日期2008年1月8日优先权日2008年1月8日发明者侯东华,纯刘,夏佃秀,浩孙,孙卫华,安守勇,彭海红,李砚婷,栾玉武,田世永,贾玉萍,赵展鹏,伟黄申请人:济南钢铁股份有限公司