钢板的热机械轧制

《钢板的热机械轧制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢板的热机械轧制（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、钢 板 的 热 机 械 轧 制莫德敏 王怀宇(舞阳钢铁有限责任公司科技部 )Therm om echan ica l Ro ll in g of P la teM o D em in an d W an g H u a iyu(Sc ience and T ech no lo gy D ep a r tm en t o f W uyang Iro n and S tee l Co. L td)1 前言 在轧制过程中有更多的时间析出 。 在相对低的终轧温度下奥氏体中的残余应力增加所引起的强度 增 加 能 够 抵 消 微 合 金 析 出 量 的 增 加 , N b (C , N ) 通常出现在奥氏

2、体中 。轧 后 的 冷 却 制 度 、 化 学 成 分 和 奥 氏 体 状 态 决 定着最终的机械性能这是通过控制奥氏体转变 产物 、 位错密度 、 析出特性和组织来实现的 。 对于组 织 和 性 能 而 言 , 冷 却 速 度 和 冷 却 终 止 温 度 是 重要的工艺参数 。 与空冷相比 , 快速冷却可以使更多 的铁素体晶粒成核并存在从而降低了晶粒大小和 显微组织的带状结构 。 较高的冷却速度有助于等 轴铁素体和珠光体而增加显微组织中贝氏体的数 量这是通过在珠光体形成之前将未转变的奥氏 体 温度降低到其 B s 以下来实现的 。 如果奥氏体晶 粒 细 小 和 或 在 非 再 结 晶 温 度

3、 区 有 足 够 的 应 变 来 限 制 贝 氏 体 尺 寸 , 那 么 所 形 成 的 贝 氏 体 就 能 够 在 不降低韧性的情况下使强度提高 。对 于 一 些 钢 板 而 言, 传 统 的 热 机 械 轧 制 工 艺 已 经 被 再 结 晶 控 制 轧 制 和 快 速 冷 却 组 合 所 代 替 。 在 这 种 情 况 下 , 通 过 对 细 小 晶 粒 再 结 晶 奥 氏 体 进 行快速冷却可获得细小晶粒组织 。2 实际应用与 其 他 热 轧 产 品 相 比 , 热 机 械 轧 制 工 艺 所 提 出 的 附 加 冶 金 要 求 需 要 进 行 更 先 进 的 工 艺 控 制 。 现

4、代 炼 钢 和 连 铸 技 术 能 够 生 产 杂 质 含 量 少 、 化 学 成分范围窄的洁净钢 。 钢包炉和真空脱气装置对 于 热 机 械 轧 制 工 艺 生 产 的 钢 板 是 理 想 的 处 理 工与 普 通 的 热 轧 相 比, 热 机 械 轧 制 工 艺 生 产 的钢板具有良好的强度 、 塑性和韧性组合 。 这是由于 热 机 械 控 制 轧 制 在 轧 制 状 态 下 通 过 析 出 强 化 、 位 错 以 及 由 贝 氏 体 、 马 氏 体 或 残 余 奥 氏 体 来 代 替 珠 光体以促使细小晶粒组织的形成 。 化学成分和工 艺路线决定了强化机理 。 下面对钢板生产中所采 用的

5、热机械轧制工艺加以论述 。对 于 热 机 械 轧 制 工 艺 生 产 的 厚 钢 板, 板 坯 的 再 加 热 温 度 一 般 低 于 普 通 热 轧 中 所 采 用 的 温 度 , 其目的在于提高韧性 、 表面质量和生产率 。 靠晶粒 细化和在整个工艺过程中改善晶粒尺寸的均匀性 以达最终的铁素体组织对韧性有促进作用 。 通常 钢板粗轧阶段的冶金目的是为了给精轧阶段提供 细小 、 均匀的奥氏体晶粒 。精轧的道次规程和温度范围能够控制奥氏体 中应变累积的数量以及奥氏体中微合金析出的驱 动力和成核位置密度 。 轧制时, 奥氏体晶粒尺寸分 布在应变累积初始时而且应变累积规模的减小会 通过最终铁素体组

6、织的均匀性来影响韧性 。 精轧 温度稍微低于 A r3 点在钢板表面附近形成相当 大 的拉长铁素体晶粒而使韧性降低 。 精轧状态对强 度的影响是复杂的 , 且取决于化学成 分 。 随着终轧 温 度 (FR T ) 的 降 低, 铁 素 体 晶 粒 细 化 强 度 增 加 。 但 如 果 进 一 步 降 低 终 轧 温 度, 铁 素 体 成 核 位 置 密 度就会增大从而降低淬硬性, 使强度降低, 而在临 界范围内轧制又可能提高强度 。 与带材相比, 钢板第 2 期 45莫德敏等 : 钢板的热机械轧制艺, 可以使硫 、 氢 、 氮 、 磷 、 氧含量降低 。 如果需要还可 以将硫含量降低到 10

7、10- 6 以下 。采用钙处理 可 以 提 高 钢 的 纯 净 度 和 板 坯 表 面 质 量 、 防 止 形 成 伸长的硫化物夹杂从而提高了钢板的冷变形能力 和抗氢致裂纹能力 。 去除钢水中的氢可以减少高 强度热机械轧制工艺钢板所要求的长时间脱氢处 理 。加 入 微 合 金 化 元 素 钛 ( 0. 015% ) 能 够 提 高 板 坯 的 表 面 质 量 并 减 少 对 板 坯 表 面 的 火 焰 清 理 量 。 加入少量钛所形成 的 。 T iN 析出物在板坯再 加热期间和再结晶以后以及焊接过程中能够稳定 细小奥氏体晶粒尺寸 。 因此少量钛的加入是再结 晶 控 制 轧 制 技 术 的 关

8、 键 部 分, 而 且 这 也 有 利 于 其 热机械轧制的钢种 。需要对再加热过程进行控制以提供冶金和热 均 匀 的 板 坯, 板 坯 的 冶 金 状 态 在 随 后 的 过 程 中 不 能 校 正 , 会 在 成 品 板 上 造 成 平 直 度 和 残 余 应 力 问 题 。 精确的炉温控制可以减少由氧化铁皮造成的 损失和保证良好的表面质量 。 为了能够在精确的 控制温度条件下轧制和生产出精确尺寸的平直产 品, 必 须 采 用 轧 制 自 动 化 系 统 精 确 计 算 坯 料 温 度 和轧制力 。 另外 , 必须认真控制受诸多轧制参数影 响的平直度 。 对于水冷钢板而言, 平直度控制是特

9、 别 重 要 的, 因 为 平 直 度 缺 陷 可 以 使 冷 却 强 度 变 化 而造成机械性能和内部应力变化 。 当使用水冷时 , 对表面氧化铁皮进行控制也很重要 。 对于精确控 制 水 冷 来 说, 平 均 细 小 、 对 称 、 均 匀 的 氧 化 层 是 必 需的 。 它可以通过使用大功率的除鳞设备和轧制 过程中适当的除鳞时间来达到 。 如果过程控制要 求水冷 , 对顾客和生产者都有很大好处 , 可以通过 减 少 氧 化 铁 皮 的 形 成 提 高 表 面 质 量 ; 加 入 少 量 微 合金元素来提高焊接性能并提高强度 。 此外, 与空 冷 钢 板 相 比, 允 许 更 高 的 终

10、 轧 温 度 和 更 低 的 控 制 轧制压缩比 。 在厚板轧机上 , 可将快速冷却设备用 于 中 间 冷 却 以 缩 短 晾 钢 时 间, 而 且 把 快 速 冷 却 和 再 结 晶 控 制 轧 制 相 结 合 可 以 完 全 省 去 低 温 轧 制 , 这特别有利于提高厚板的生产率 。3 热机械轧制工艺的优点采用热机械轧制工艺生产的产品可以为顾客提供具有特殊性能且成本低廉的钢板而使顾客获 得好的经济效益 。 与常规钢板相比, 这种钢除强度高和韧性良好以外 , 还具有良好的焊接性能 、 冷变形 能 力 、 抗 应 变 时 效 和 抗 氢 致 裂 纹 性 以 及 良 好 的 表面质量 。 对顾

11、客来说, 可以降低加工成本或得到更轻 、 更安全或更耐用的高价值产品 。 在碳当量方 面, 热 机 械 轧 制 工 艺 生 产 的 钢 板 与 常 化 处 理 的 钢板相比 , 在相同强度级别条件下, 由于碳当量和碳 含量较低 , 就可以降低焊接成本 。 例如, 可以完全 省 去 为 避 免 出 现 氢 致 裂 纹 而 进 行 的 焊 接 预 热, 而 且 由 修 复 焊 接 所 引 起 的 耽 搁 也 少 。 此 外 , 如 果 需要, 还 可 以 加 入 少 量 微 合 金 化 元 素 以 便 能 够 采 用 高 效 单 道 次 焊 接 技 术 ( 例 如 单 边 埋 弧 焊 、 电 渣

12、焊等 ) , 而同时又能保持热影响区的良好韧性 。 由于 硫 含 量 及 碳 含 量 较 低, 热 机 械 轧 制 工 艺 生 产 的 钢 板也非常适合采用激光焊接 。 使用较高强度的热 机械轧制工艺生产的钢可以由于减小管壁厚度和 减少焊接量而使成本降低 。 热机械工艺生产的钢 具 有 良 好 的 冷 变 形 性 能 和 低 的 应 变 时 效 敏 感 性 ,有利于采用冷变形弯管以减少一些焊缝 。 热机械 轧制工艺生产的钢种的应变时效所引起的冲击转变 温 度 增 加 比 常 化 钢 种 小 得 多 , 这 是 由 于 应 变 对 转变温度的影响较小的原因 (见图 )。图 热 机 械 轧 制 工

13、 艺 生 产 钢 板 的 夏 比 V 型 缺 口 冲击 韧 性 : 实 线 如 图 所 示 ; 其 它 各 点 表 示 10% 应 变 加 上 150和 250时 效 和 在 600温 度 下 进行焊后热处理的不同组合4 热机械轧制工艺生产的钢板宽厚板46 第 9 卷热机械轧制工艺生产应用在包括生产海洋平台 、 桥梁和建筑物用钢上 , 这种工艺也应用于生产 造船板上 。 在应用热机械工艺生产的结构钢方面 , 海 洋 平 台 用 钢 板 首 先 采 用 热 机 械 轧 制 工 艺, 目 的在 于 降 低 焊 接 制 造 成 本 , 同 时 又 保 持 高 水 平 的 结构 完整性 。 如今 ,

14、已广泛使用屈服强度为 355M P a和 420M P a 的 海 洋 平 台 钢 , 并 且 逐 渐 关 注 屈 服 强 度为 460M P a 和 500M P a 的海洋平台钢 。 在桥梁 和 建 筑 方 面 , 结 构 钢 S420M M L 和 S460M M L (EN 101133) 也正被采用 。 在 造 船 方 面, 热 机 械 轧制工艺生产的钢板的使用还相当有限 。 但是由 于造船厂已开始寻求减轻重量和降低制造成本的 途 径 , 所 以 热 机 械 轧 制 工 艺 生 产 的 钢 种 已 经 倍 受 造船厂的关注 。 下面介绍一些海洋平台钢和造船 用钢的实际应用 。屈服强度

15、为 355M P a 的海洋平台钢的典型化学 成 分 见 表 1。 数 据 来 自 4 000 t 厚 度 10 60mm不 同 宽 度 和 长 度 的 钢 板 。 对 于 这 些 钢 : 厚 度 小 于25mm 的 钢 板 经 热 机 械 轧 制 后 空 冷 ; 厚 度 大 于25mm 的钢板采用快速冷却 。 对于空冷钢板, 终轧温 度 为 820 ; 而 对 于 水 冷 钢 板, 终 轧 温 度 为770 。 以这种生产方式在整个厚度范围的钢板中 有 可 能 保 持 低 的 碳 当 量 和 优 良 的 焊 接 性 (C EV 0. 33% , P cm 0. 19% )。 与正火钢板不同

16、, 碳当量 随着钢板厚度的增加而减少 。 这些钢板的典型机械性能见表 2。 夏比 V 型冲击功值是试样横向表 面 和中心的单个值 。 焊后热处理温度 600, 保温4h , 仅 仅 稍 微 影 响 拉 伸 性 能 。 屈 服 应 力 降 低 大 约10M P a, 抗拉强度降低 5M P a。 5% 变形后在 250温 度 下 时 效 一 小 时, 27J 的 夏 比 V 型 脆 性 转 变 温度 T 27J 仅增加 2 0, 达到- 55 。表 1 热机械轧制工艺生产的钢板的化学成分, (% )P cm 厚 度 t, mm C EV C S i M n P S N i A l C u N N b T i C a热 机 械 工 艺 生 产 的 355M P a 海 洋 平 台 钢 的 典 型 化 学 成 分25 5050 600. 080. 080. 300. 301. 20 0. 01 0. 003 0. 04 0. 02 0. 0150. 0