采用先進控軋控冷技術生產(chǎn)高強度寬厚板

1、采用先進控軋控冷技術生產(chǎn)高強度寬厚板 趙四新, 姚連登 (寶山鋼鐵股份有限公司研究院, 上海, 20 19 0 0 摘要回顧了國外先進控軋控冷及在線熱處理工藝生產(chǎn)高強鋼厚板的情況 。 介紹了寶鋼采用的控軋工藝和控 冷工藝生產(chǎn)高強度寬厚板的控制工藝。通過采用先進的控軋控冷工藝, 寶鋼商業(yè)化生產(chǎn)了屈服強度5 50 MPa 和 6 90 MPa 且具有良好低溫韌性的高強鋼厚板, 板厚可達80 m m , 且具有良好的焊接性能, 40 m m 厚Q 6 90 CF 鋼板可實 現(xiàn)不預熱焊接。文章對未來控軋控冷工藝和產(chǎn)品的未來發(fā)展提出了探討和展望。 關鍵詞控軋控冷, 高強鋼, 寬厚板, 直接淬火 1 前言

2、 控制軋制和控制冷卻技術的發(fā)展主要分為幾個階段: 20 世紀50 年代以前, 控制軋制技術研究的開始; 20 世紀60 年代至20 世紀70 年代初, 控制軋制技術的探索和深化; 20 世紀70 年代后期至今, 控制軋制控制 冷卻技術迅速在世界范圍普及: 控制軋制控制冷卻技術被廣泛應用, 以達到細化晶粒、提高強度、改善韌性的 目的。 2 0 世紀八十年代之后, 君津厚板采用了C L C , JF E 公司采用了O L A C , 水島厚板采用MA C S , 加古 川厚板采用了K C L , PO S C O 公司采用了MU LPIC 等2 。冷卻方式有通過型(p r o g r e s s

3、iv e 、同步型(Sim u l- t a n e 。u s 、約束型(Cl os ed 和非約束型(Op en 。近年來, 直接淬火技術快速發(fā)展, 開發(fā)了不同強度級別的鋼 種, 如日本JFE 采用S u p e r 一O LA c 系統(tǒng)生產(chǎn)的E V E R H A R D 一L E 系列新型耐磨鋼, 大熱輸人儲油罐用鋼 JFE H IT E N 6 1 o E 等, 機械結構用鋼H T sg o , H T 7 so 和H T g so 等仁3 習。為了提高熱處理的效率, JFE 鋼鐵公 司在其西日本鋼廠的福山廠安裝和投產(chǎn)了H OP 熱處理工藝設備。實現(xiàn)了軋制一加速冷卻一熱處理整套在 線工

4、藝的建立, 可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn), 節(jié)省了熱處理成本, 縮短了產(chǎn)品交貨期, 并以此技術開發(fā)了建筑用鋼 JF E H IT E N 7 8 OL E 、機械結構用超高強鋼JFE H Y D 9 6 OLE 、 JFE H Y D 1 1 0 0 LE , 管線鋼JFE 一H IPE R X 70 、 X 80 、 X 1 0 等, 一。采用先進控制軋制和控制冷卻技術生產(chǎn)厚板高強鋼是今后的發(fā)展趨勢, 本文旨在 簡單回顧國外控軋控冷技術發(fā)展, 介紹寶鋼控軋控冷工藝和產(chǎn)品, 探討未來控軋控冷技術研究和厚板產(chǎn)品研 發(fā)的發(fā)展方向。 2 寶鋼寬厚板控軋控冷工藝簡介 2 . 1 寶鋼采用控軋工藝的幾個特點 為

5、保證鋼板性能、規(guī)格尺寸、成材率和力學性能等要求, 寶鋼的寬厚板軋機采用了多功能厚度控制技術、 平面形狀控制技術(M A S 軋制法和板型控制技術、高形狀因子軋制技術、低溫大壓下控制技術等8, 9 。厚 度、平面形狀和板 型控制技術采用減小監(jiān)控盲區(qū)、提高檢測能力和精度、優(yōu)化軋制工藝設計、 C V C P 和工作輥 彎輥控制技術改善鋼板形狀, 提高了鋼板的板型和成材率。 高形狀因子軋制技術和低溫大壓下改善鋼板內部質量, 提高鋼板力學性能和使用性能。高形狀因子軋 制技術即提高軋制時的壓縮區(qū)。鋼板軋制時壓縮區(qū)比例越高表示軋制力在厚度方向滲透約深。鋼板軋制時 形狀因子(1 / 氣 計算公式為 1 / h

6、 。= 丫(R (h。一h ; / (1 / 2 (h。+ h l (1 式中R 一軋輥直徑, h。一h l 一壓下量。寶鋼采用的高形狀因子軋制技術是提高鋼板內部質量重要技術。鋼板 1 7 4 軋制力和變形的滲透增加了鋼板中心的位錯密度, 促進合金元素碳氮化物在位錯處的形成, 釘扎晶界運動, 細化奧氏體晶粒, 并促進了冷卻時鋼板的中溫貝氏體轉變, 細化了最終組織, 提高了鋼板的性能。 低溫大壓下技術是在較低溫度下, 采用較大變形率軋制鋼板。采用此方法軋制后的鋼板具有穩(wěn)定的拉 伸性能和較高的低溫沖擊功。寶鋼采用T M C P 工藝生產(chǎn)的工程機械用厚板Q5 5 oCFD 和Q6 90 CFD ,

7、其終軋 溫度和一20 沖擊功之間關系的示意圖見圖1 。從圖1 中可看出, 較低終軋溫度可提高沖擊功單值和數(shù)值 的穩(wěn)定性。 , 。鬢碧藻 2 5O r 睦史奮 一亞穩(wěn)區(qū) 沖擊功. 聲了級小, 卜5 波動區(qū) 015coI05 沖擊功班聲了最小5 圣 袍份免g 呂。 7護諭, 擴瑞8 的8 20 8 4 0 終軋溫度 8 60 8 8 0 9 00 圖1 寶鋼機械結構用厚板高強鋼終軋溫度和一20 沖擊功關系的示意圖 2 . 2 寶鋼控冷工藝的關鍵要素 寶鋼控冷工藝主要包括冷卻速率的控制和冷卻模型的自動控制等z 。寶鋼sm 寬厚板軋后加速冷卻系 統(tǒng)包括A C C 段和D Q 段。裝置采用高壓噴嘴噴射冷

8、卻和U 型管層流冷卻組合形成。通過對冷卻方式的選 擇, 可在較寬的范圍內控制冷卻速率, 可生產(chǎn)不同冷卻速率要求的鋼板, 增加了厚板產(chǎn)品品種。采用適當?shù)?噴射冷卻和層流冷卻的組合方式, 可實現(xiàn)鋼板的直接淬火, 生產(chǎn)高性能鋼板。 寶鋼寬厚板控制冷卻系統(tǒng)包括L l 和LZ 兩部分。 L l 包括邊部遮擋控制、上下部集管控制、側噴控制、 夾送輥控制、冷卻控制以及外部和內部供需之間的通訊等。 L Z 包括冷卻模型的功能, 提供冷卻集管流量和 鋼板速度的設定等。自動控制系統(tǒng)通過自學習不斷優(yōu)化冷卻過程中的各種參數(shù), 實現(xiàn)鋼板冷速和停冷溫度 的準確控制。 3 易焊接高強鋼厚板產(chǎn)品Q5 5 0 C F 和Q6

9、9 0 C F 3 . 1 微觀組織、力學性能、焊接性能 寶鋼采用控軋控冷工藝, 在sm 軋機上成功試制了Q5 5 OCF 和Q6 90 C F 工程機械用易焊接高強鋼厚板。 鋼板的微觀組織見 圖2 。從圖2 中可看出Q5 OCF 和Q 6 90 C F 的微觀組織均為貝氏體鐵素體板條和沿板條 界面分布的M A 組元或碳化物組成。寶鋼工程機械用易焊接高強鋼厚板Q5 50 CF 和Q69 o CF 的力學性能 見表1 。 鋼板的可焊接性是鋼板重要的使用性能。高強鋼板如實現(xiàn)不預熱焊接, 將節(jié)省大量的人力成本和時間 成本, 可有效提高生產(chǎn)效率。哈爾濱焊接研究所對寶鋼提供的Q6 90 C F 鋼板的焊

10、接性能進行了全面的評價。 Q6 90 CF( 40 m m 厚插銷試驗的工藝條件見表2 , 插銷試驗結果見表3 , 小鐵研試驗的工藝條件見表4 , 小鐵研 試驗結果見表5 。預熱60 小鐵研照片見圖3 , 不預熱小鐵研照片見圖4 。綜合Q69 OC F 鋼焊接熱影響區(qū)最 高硬度試驗、 插銷冷裂紋試驗及斜Y 坡口焊接裂紋試驗的結果, Q 6 90 C F 鋼板焊接熱影響區(qū)淬硬傾向不大, 對氫致裂紋產(chǎn)生不明顯。采用B H 8 0 一n 焊絲, 富氫混合氣體保護焊, 對于40 m m 及40 m m 以下厚度的 Q 6 90 C F 鋼板可以實現(xiàn)不預熱焊接。由于煤礦機械多采用厚板多道多層焊, 一方面

11、結構的拘束應力較大, 另 一方面多道焊接過程中還存在傾的積累和聚集, 兩方面因素均增大氫致裂紋產(chǎn)生傾向, 因此實際產(chǎn)品焊接時 應優(yōu)先選擇低氫的焊接材料及焊接工藝, 有條件的焊后建議進行及時的消氫處理。 1 7 5 焊接熱輸人量在0 . 9 5 8 2 . 1 12 KJ/ m m , 焊道間溫度在10 一2 0 范圍內變化對Q6 90 CF 鋼焊接接頭 焊縫金屬及焊接熱影響區(qū)的力學性能影響不大, 焊接接頭的力學性能保持在較高的水平上, Q69 OCF 鋼對焊 接工藝規(guī)范有較強的適應性。 Q6 90 CF 鋼焊后熱處理工藝試驗結果表明: 焊后熱處理對Q6 90 CF 鋼焊接接 頭焊縫金屬的沖擊韌

12、性有一定影響, 而對焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性影響不大。該鋼對焊后熱處理有較強的 適應性。因此, 寶鋼生產(chǎn)的Q6 90 CF 厚板有較好的焊接性能。 圖2 Q 5 5 0C F 和Q 6 9 0 C F 鋼板的微觀組織, (a Q 5 5 0 C F, (b Q 6 9 0 C F 表1 Q 5 5 oC F 和Q6 9 oC F 的力學性能 A% 牌號厚度規(guī)格 R m M Pa 一2 0 A k v J Q 5 5 0 CF 6 7 0 8 3 0 1 6 Q6 9 0 CF 20 5 0 5 0 8 0 2 0 5 0 .e一 100807060905040 的舀自山掃叼。已如.川 Ro O

13、口 t e 口p e r a t U以, e Fin is h e o ling te lnP e ra 奴叮e 2印 t e 功p e r a t u r e F in is h c o 枷g ter nl 犯ra tU re 圖5 力學性能和終冷溫度的關系。( a 屈服強度和抗拉強度和終冷溫度的關系, ( b V 型沖擊功與終冷溫度的關系( 平均值 。 控制技術如頭尾形狀控制、平直度和凸度控制、鐮刀灣控制等。. 直接淬火技術的應用及深化。其中包括直 接淬火冷卻裝備的機械系統(tǒng) 、控制系統(tǒng)、計算程序優(yōu)化等; 直接淬火鋼種成分體系的研究、直接淬火工藝在不 同鋼種系列中的應用; 直接淬火后板型的控

14、制技術等。. 在線熱處理技術的工業(yè)化應用及相關鋼種成分體 系的研究, 其中包括在線熱處理裝備的研究及其在高性能厚板生產(chǎn)中的應用等。. 直接淬火和在線熱處理 工藝對鋼板組織性能及相變原理的相關基礎理論研究。. 厚板內部潛熱在兩段軋制和停冷后的應用等。. 研究論證其它外場( 磁場、超聲場 等在工業(yè)化生產(chǎn)中的應用前景等。 低回火溫度在控軋控冷厚板生產(chǎn)的 應用。 厚板產(chǎn)品的發(fā)展趨勢為: 1 力學性能要求進一步提高。為達到產(chǎn)品減重化, 高強鋼厚板產(chǎn)品的強度會不 斷提高。低溫沖擊、高溫疲勞和蠕變性能、延伸率、屈強比、耐磨損性能等力學性能均會隨科技和社會進步不 斷提高。o 使用性能的提高。焊接不預熱、抗H

15、I C 、抗應力腐蝕的等均是厚板產(chǎn)品使用性能研發(fā)的趨勢, . 鋼板尺寸向特厚板方向發(fā)展。 特寬厚鋼板的生產(chǎn)工藝和技術是未來厚板發(fā)展重要方向。. 鋼板內質的純凈 化和均質化。其中包括鋼板的夾雜物、氫含量和偏析控制等。. 厚板表面質量的提高和控制。目前對厚板 表面質量要求較不銹鋼等產(chǎn)品低, 但將來厚板表面質量有提高的趨勢。 5 結束語 通過回顧控軋控冷技術和產(chǎn)品的發(fā)展過程, 介紹寶鋼控軋控冷厚板產(chǎn)品的生產(chǎn)技術和產(chǎn)品, 通過采用先 進的控軋控冷技術, 可生產(chǎn)具有良好強韌性匹配和優(yōu)良焊接性能的厚板。探討了未來控軋控冷技術和厚板 產(chǎn)品發(fā)展方向。 參考文獻 1小指軍夫 . 控制軋制控制冷卻一改善材質的軋制

16、技術發(fā)展, 北京, 冶金工業(yè)出版社, 2。2. 仁2昊扣根. 控制冷卻技術及在寶鋼sm 寬厚板上的應用, 全國能源與熱工20 0 4 學術年會, 45 2一45 7. se h ia k i OU C H I . D e v e lo pm e n t o f s t e e l pla t e s by in t e n s iv e u se o f T M CP a n d d ir e e t q u e n e hin g p r o e e ss e s , I SU i n t e r n a t io n a l, V o l. 4 1 , 20 0 2, 542一5 53.

17、4 H a ya s h i K e n i , N a g a o A k ih id e , Ma t su d a Y u t a k a , 550 a n d 6 10 M Pa e la s s h ig h一s t r e n g th s t e e l pla t e s w it h e x e e lle n t to u g h- n e s s fo r t a n k s a n d p e n s t o e ks , JF E t e e hn ie a l r e p o r t , 20 0 8 19 一25. 5 O k at s u Mi t su h

18、ir o , S h i k a n a i N o bu o , K o n d o Jo e . D e v e lo pm e n t o f a hig h d e fo rm a b ili t y li n e p ip e w it h r e s is t a n e e to s t r a in a g e d h a r d e n in g b y H OP ( H e a t 一t r e a t m e n t O n 一lin e p r o e e s s , JFE t e e h n ie a l r e p o r t , 20 0 8 , 8 一14 .

19、 6 I s h ik a w a N o bu yu k i , S h ik a n a i N o b u o , K in d o Jo e . D e v e lo p m e n t o f u lt r a 一hi g h s t r e n g t h lin e p i p e s w it h d u a l一ph a s e m i e r o - s t r u e t u r e fo r hi g h s t r a i n a p p lie a t io n , JFE t e e h n i e a l r e p o r t , 20 0 8 , 15 一1

20、9 . ( 下轉第18 4 頁 17 8 5 結論 (l 采用合理的熱軋工藝和在兩相區(qū)加速冷卻至70 0 的冷卻制度, 獲得了較低的屈強比和較高強韌性 匹配的建筑結構鋼板, 可有效縮短鋼板生產(chǎn)工藝流程并降低生產(chǎn)成本。 (2 熱軋態(tài)鋼板中相對低硬度相(鐵素體相 占約60 % , 并且使珠光體組織中的滲碳體形成在鐵素體基 體上斷續(xù)分布的狀態(tài), 可以保證材料具備較高的強度和韌性的同時, 獲得較低的屈強比。 (3 試驗鋼在10 kJ/ c m 大線能量熱模擬焊接下H A Z 具有優(yōu)良的綜合性能。 (4 H A Z 組織中針狀鐵素體形核核心主要為含少量Ti 、 Mn 等的復合Z : 氧化物夾雜, 針狀鐵

21、素什通過 二次細化H A Z 鐵素體組織, 提高了H A Z 的強韌性 。 參考文獻 l皿加藤勉 . 建桑用鑰材內降伏比l二及l(fā)了寸燒也藝七溫度內影髻. J 鐵巴鑰, 1 9 8 8 , 7 4 (6 : 9 5 1 一9 6 1 2鹿內伸夫, 栗原正好, 田川壽俊 . 低合金高張力鍋內降伏比憶婦上汀寸加工熱處理條件內影譬. J鐵匕鑰, 19 8 7 , 7 3 : 5 1 3 1 2 3染谷良, 鈴木秀一, 大西一志e t al. 低降伏比60 k g f/ m m Z 翎內溶接性改善憶關寸乙檢討 . J鐵巴銅, 1 98 7 , 73 : 51 3 14 4藤井博己, 清水高治, 十河泰雄

22、 . 調質型于了夕, 子7 用銅管。降伏比憶及嗜寸燒也藝U 溫度內影粵. J 鐵匕鑰, 1 9 8? , 7 3 : 5 1 3 1 5 5Be n K A T O . R o le o f s tr a in 一h a r d e n in g 。f s te el in s tr u e tu r al p e rfo rm a n e e. JIS IJ In t . , 1 9 9 0 , 3 0 (1 1 : 10 0 5 一10 0 9 6N o bu o S H IK A N A I, H ir o yu ki K A G A W A , Ma s a yo s hi K U R

23、 IH A R A . In flu e n c e o f m ie r o st r u e tu r e o n yie ldin g be ha v io : o f h e a v y g a u g e hig h S tr e n g th s te e l p la t e s . J IS IJ In t. , 1 9 9 2 , 3 2 (3 : 3 3 5 一3 4 2 7百合岡信孝, 奧村誠, 神崎昌久. 建筑土木用厚板己干內溶接 . J 金屬, 1 ”5 , 6 5 (10 : 8 9 一90 8 sY . M . K IM , 5 . K . K IM , N .

24、J . K IM . E ffe e t 。f m ie r o s tr u e tu r e 。n the yie ld : a tio a n d lo w te m pe r a tu r e to u g hn e s s o f lin e - p ip e s te e ls . 仁JISU In t. , 2 0 0 2 , 4 2 ( 1 2 : 1 5 7 1 一1 5 7 7 9 N e s t o r Iw a n k iw , S e r g io Zo r u b a . St e e l m o m e n t fr a m e s : R e so lu tio

25、 n o f r e ee n t s e ism i。d e ta ilin g a n d m a t e r ia l s ha p e is su e s . J Jo u r n a l o f Co n s tr u et io n a l S te e l R es e a r eh , 2 0 0 2 , 5 8 : 4 9 5 一5 1 0 仁1 0 Q in g bo Y U , Zha o d o n g W A N G , X ia n g hu a L IU e t al. T h 。e ffe et o f d e la y tim e a ft er h o t

26、r o llin g o n th e g r a in siz e o f fer rite . JIS IJ In t. , 2 0 0 4 , 4 4 (4 : 7 1 0 一7 1 6 1 1 黑澤文夫, 鈴木茂 . 鐵繃材料。表面 界面分析憶陰寸乙最近內研究 . J 日本金屬學會會報, 1 9 9 1 , 3 0( 7 : 640 一647 仁2 2 F J B a rb a r o , P C r a u elis , K E E a s te r lin g . Fo rm a tio n 。f a e ie u la : fer rite a t o x id e p a r

27、tie le s in s te e ls . J Ma te r ia l Se ien e e a n d T e e h n o lo g y , 1 9 8 9 , 5 (1 1 : 1 0 5 7 一1 0 6 8 1 5 溝口莊三, 高村仁一析出核己U 丁。銅中微細酸化物粒子內制御 . JC A MP 一IS IJ , 2 9 9 0 , s : 2 7 7 仁1 4 J一H s H IM , Y w e H o , 5 H e H u N G e t al. N u e xe a tio n 。f in tr a g r a n u la r fe r rite a t T iZ O 3 p a r t ie le in Io w e a r bo n st eel. J了 A c t a Me ta llu r g ie a , 1 9 9 9 , 4 7 (9 : 2 7 5 1 一2 7 6 0 仁1 5 JA E 一H Y E o K sH IM