本鋼熱軋帶鋼卷取溫度優(yōu)化研究_圖文

1、軋鋼STEELROLL IN G 2007年2月第24卷第1期Feb.2007Vol.24No.1本鋼熱軋帶鋼卷取溫度優(yōu)化研究趙迪1,鄭中1,邱春林2(1.本溪鋼鐵集團(tuán)公司熱軋廠,遼寧本溪117021;2.東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧沈陽110004摘要:針對熱軋帶鋼因卷取后鋼卷內(nèi)外圈與芯部的冷卻速度不同,導(dǎo)致帶鋼成品頭尾強(qiáng)度高、塑性低的問題,提出了卷取溫度凹型控制模式。對不同鋼種的帶鋼采用凹型冷卻控制后,頭、中、尾力學(xué)性能的分析和對比表明,凹型冷卻可降低帶鋼頭尾性能偏差,提高熱軋帶鋼性能的通卷穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞:熱軋帶鋼;卷取溫度;冷卻方式;力學(xué)性能中圖分類號:T G 335

2、155文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-9996(200701-0024-03 Optimization of Coiling T emperature of H ot R olled StripZHAO Di 1,ZH EN G Zhong 1,QIU Chun -lin 2(1.Benxi Iron &Steel Group Co.,Benxi 117021,China ;2.The State Key Lab.of Rolling and Automation ,Nort heastern University ,Shenyang 110004,China Abstract :

3、U -shaped control model for coiling temperature was put forward to improve the high strength and low plasticity of head and tail of hot rolled strip.The properties contrast of strip s by U -shaped model and common model were described ,and the good effects of U -shaped control moolel were very obvio

4、us.K ey w ords :hot rolled strip ;coiling temperature ;cooling model ;mechanical property收稿日期:2006-12-04作者簡介:趙迪(1968-,女(漢族,遼寧沈陽人,高級工程師。部先逐漸減小后逐漸增大,在端部達(dá)到最大。4種情況的等效應(yīng)力分布規(guī)律均相同,但數(shù)值大小差別很大。在軋件離開軋機(jī)后與輥道撞擊的情況下,軋件頭部平直時輥道的最大等效應(yīng)力為10M Pa ;軋件頭部下彎70mm 時的等效應(yīng)力最大值為46M Pa ;軋件頭部下彎152193mm 時的等效應(yīng)力最大值為91M Pa ,此時屬對心碰撞。如果軋件頭

5、部下彎量超過對心碰撞的下彎量,軋件運(yùn)送會出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象?？梢?軋件頭部彎曲時輥道所受沖擊力要比軋件頭部平直時大,而且下彎量越大,等效應(yīng)力的最大值越大。軋件未完全離開軋輥且軋件頭部下彎時,等效應(yīng)力的最大值遠(yuǎn)大于軋件已經(jīng)軋出時的等效應(yīng)力最大值,此時頭部下彎量為60mm 時,等效應(yīng)力的最大值達(dá)到386M Pa ,大大超出輥道材料的許用應(yīng)力值,所以這種情況是非常危險的。4結(jié)論通過對軋制過程中輥道所受載荷的有限元模擬計(jì)算,可以得出以下結(jié)論:(1軋件離開軋機(jī)后與輥道接觸,軋件頭部向下彎曲時輥道所受的沖擊遠(yuǎn)大于軋件平直時輥道所受的沖擊,在對心沖擊時輥道所受載荷達(dá)到最大。(2如果軋件未出輥縫,其頭部下彎,接觸輥

6、道,輥道所承受的載荷遠(yuǎn)大于軋件離開軋機(jī)后對輥道的沖擊所產(chǎn)生的應(yīng)力,在下彎量達(dá)60mm 時,輥道所受的應(yīng)力超出其材料的許用應(yīng)力。所以,生產(chǎn)中必須盡量減少軋件頭部彎曲,從而減小軋件對機(jī)架輥、輥道的沖擊,尤其要避免軋件頭部彎曲過大造成的鉆地溝現(xiàn)象或是軋件上翹過大造成的對擋水板以及機(jī)前高壓水除鱗噴嘴的撞擊及損壞現(xiàn)象。42 1前言熱軋帶鋼卷取過程中,由于鋼卷的內(nèi)外圈與外界接觸,溫降速度大于芯部,使低熔點(diǎn)化合物和碳化物(包括滲碳體析出量不均,芯部鐵素體晶粒尺寸大于頭尾晶粒尺寸,從而造成鋼卷頭尾的強(qiáng)度高于芯部,塑性指標(biāo)略低于芯部。若適當(dāng)提高鋼卷頭尾的卷取溫度,使整卷帶鋼的卷取溫度呈凹型分布,鋼卷頭尾和芯部同

7、時冷卻到相變實(shí)際終止溫度以下,使得頭尾部鋼卷晶粒尺寸增大,位錯密度降低,從而提高鋼卷頭尾的沖壓成型性能,提高整個鋼卷的成材率,增加經(jīng)濟(jì)效益。但若凹型卷取溫度模型選擇不當(dāng),會擴(kuò)大性能的不均勻分布,導(dǎo)致成材率下降。因此,研究凹型冷卻模型對產(chǎn)品性能的影響規(guī)律,確定不同品種、規(guī)格鋼卷的最優(yōu)凹型冷卻模型十分重要。2常規(guī)冷卻時帶鋼的性能及分析211IF 鋼帶的性能及分析選擇一爐化學(xué)成分如表1所示、規(guī)格為215mm ×1450mm 、卷取時采用常規(guī)冷卻方式的IF 熱軋帶鋼,分析其頭、中、尾的屈服強(qiáng)度s 、抗拉強(qiáng)度b 和伸長率5。取樣位置為:縱向分別離頭部、尾部10、20、60m 以及中部,橫向在鋼

8、板寬度方向1/4處。用拉伸試驗(yàn)機(jī)測試的結(jié)果見表2。表1試驗(yàn)用IF 鋼的化學(xué)成分wt %CSiMn P S N Ti Als 010*01180100701008010030100601060由表2可見,卷取溫度控制采用常規(guī)冷卻方式的IF 熱軋帶鋼,鋼卷頭尾與中部的性能差別較大,其中頭尾的強(qiáng)度較高,塑性較低。這主要是由于熱軋卷取時,鋼卷頭尾與中部的冷卻速度表2IF 鋼試樣不同部位的力學(xué)性能取樣部位s /MPab /MPas /b5/%7511019189012208不同,發(fā)生相變時鐵素體晶粒度、鐵素體基體中的位錯密度、鐵素體基體中析出的碳化物和化合物不同,導(dǎo)致帶鋼頭、中、尾力學(xué)性能存在差異。(1

9、鐵素體晶粒度的影響。卷取冷卻過程中,帶鋼繼續(xù)發(fā)生相變,鋼卷的內(nèi)外圈因與外界接觸而溫降速度大于中部,過冷度較大而使原子擴(kuò)散速度、振動頻率顯著減小,相界遷移率也明顯降低;再者,低的相變溫度能降低鐵素體的長大速率,增加鐵素體的形核率,因而最終所得到的鐵素體晶粒尺寸也較小,造成鋼卷頭尾的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比中部高。(2鐵素體基體中位錯密度的影響。卷取過程中,鋼卷內(nèi)外圈溫降比中部快,原子擴(kuò)散速度和位錯運(yùn)動減弱,使位錯密度降低減慢,造成此階段內(nèi)外圈位錯密度的降低不如中部帶鋼顯著,由于位錯的強(qiáng)化作用,使得內(nèi)外圈的強(qiáng)度、硬度比中部要高,而塑性卻有所降低。(3鐵素體基體中碳的擴(kuò)散及碳化物析出的影響。含鈦IF 鋼

10、中碳含量很低,TiC 主要在熱軋后急冷過程中和卷取過程中在鐵素體區(qū)位錯及亞晶界上形成,其尺寸細(xì)小(一般小于30m ,分布稠密。帶鋼卷取時頭尾冷卻速度較快,滲碳體的增長與聚集受到限制,使組織中的滲碳體較細(xì)小且分布均勻。再者,碳在鐵素體中的溶解度隨溫度的降低而迅速降低,快速冷卻使碳的擴(kuò)散作用減弱,滲碳體析出較少,且分散游離,則固溶碳不能完全析出,而以固溶狀態(tài)冷卻下來,產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。從而使鋼卷頭尾比中部強(qiáng)度高,而伸長率低。212X 65鋼帶的性能及分析選擇一爐化學(xué)成分如表3所示、規(guī)格為1013mm ×1450mm 、卷取時采用常規(guī)冷卻方式的X65熱軋帶鋼,分析其頭、中、尾的屈服強(qiáng)度s 、抗

11、拉強(qiáng)度b 和伸長率5。取樣位置為:縱向分別離尾部0、5、10、15、20m ,橫向在鋼板寬度方向1/4處。用拉伸試驗(yàn)機(jī)測試的結(jié)果見表4。由表4可見,卷取溫度控制采用常規(guī)冷卻方式的X65管線鋼成品,鋼卷尾部與中部的性能表3試驗(yàn)用X 65鋼的化學(xué)成分wt %C Si Mn P S Ni Al N Nb Ti V 010701231138010130100201101040100570105010210104752第24卷第1期趙迪等:本鋼熱軋帶鋼卷取溫度優(yōu)化研究表4X65鋼試樣不同部位的力學(xué)性能取樣部位/m(距尾部也存在差異,尾部塑性較低。這主要是由于卷取時鋼卷尾部溫降較中部快,導(dǎo)致鐵素體晶粒尺寸

12、減小,組織中M/A島的體積分?jǐn)?shù)增多。M/A 是脆性組成物,其數(shù)量的增多對帶鋼韌性不利。綜上所述,管線鋼熱軋卷常規(guī)冷卻時,由于頭尾的冷卻速度較快,導(dǎo)致其鐵素體晶粒減小, M/A島的體積分?jǐn)?shù)增多,使得強(qiáng)度增加,韌性下降。采用凹型冷卻工藝,由于頭尾卷取溫度提高,相應(yīng)減緩了帶鋼首尾在高溫區(qū)的冷卻速度,延長了相變前奧氏體在高溫區(qū)的停留時間,并提高了奧氏體分解的平均溫度,直接導(dǎo)致相變后鐵素體晶粒變粗,M/A島的體積分?jǐn)?shù)減少,晶粒均勻,提高了帶鋼頭尾的塑性,使整卷帶鋼性能趨于一致。3凹型冷卻試驗(yàn)為了降低卷取后不均勻冷卻引起的帶鋼頭、中、尾力學(xué)性能波動,在熱軋廠進(jìn)行了帶鋼頭尾溫度補(bǔ)償凹型冷卻試驗(yàn),即提高鋼卷頭

13、尾的卷取溫度,延長相變前奧氏體在高溫區(qū)的停留時間,并提高奧氏體分解的平均溫度,使相變后鐵素體晶粒變粗,還可使管線鋼組織中M/A島的體積分?jǐn)?shù)減少,提高帶鋼頭尾的塑性,使整卷帶鋼性能趨于一致。由表5熱軋帶鋼在凹型和非凹型冷卻控制下的力學(xué)性能對比可看出,采用凹型冷卻時帶鋼力學(xué)性能的均勻性得到改善。與不采用凹型冷卻相比,St14鋼帶頭部的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與中部偏差不大于20M Pa,伸長率偏差降低到3%以內(nèi);X65鋼帶頭尾強(qiáng)度與中部的偏差最好時可控制在15M Pa之內(nèi),伸長率偏差可控制在2%之內(nèi)。由于受冶煉成分偏析、冷卻水、冷卻水嘴、設(shè)備老化、信號跟蹤設(shè)備工作環(huán)境及使用周期、操作水平等因素的影響,帶鋼頭尾強(qiáng)度偏差會有波動,但強(qiáng)度偏差在25M Pa之內(nèi)、伸長率偏差在3%之內(nèi)。表5St14、X65熱軋帶鋼在凹型和非凹型冷卻方式下的力學(xué)性能對比4結(jié)語熱軋帶鋼卷取以后的冷卻速度對于帶鋼的顯微組織與性能有著極其重要的影響,其實(shí)質(zhì)是通過對相變產(chǎn)物和析出物存在形式及分布特征產(chǎn)生影響來起作用的。卷取過程中,由于鋼卷內(nèi)外圈與芯部的冷卻速度不同,導(dǎo)致帶鋼頭尾強(qiáng)度高,塑性低。采用凹型冷卻方式可降低帶鋼頭尾性能偏差,提高熱軋帶鋼性能的通卷穩(wěn)定性,從而提高整個鋼卷沖壓成型的成材率。由于受化學(xué)成分偏析、模型控制精度、跟蹤設(shè)備能力及試驗(yàn)