（材料加工工程专业论文）基于短流程铁素体区热轧的冷轧深冲板工艺研究.pdf

广蕊 ad i s s e r t a t i o ni nm a t e r i a l sp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g s t u d y o nc o l d - - r o l l e dd e e p - d r a w a b l es h e e ts t e e l s b a s e do nf e r r i t i ch o t r o l l i n g i nf t s rl i n e b yz h a n gp e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i ux i a n g h u a n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y n o v e mb e r2 0 0 9 ? 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人 为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：张印黟 日 期：洲啤闲；心 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：狱舻 签字日期：d 耳f 日弓以 聊签名痧伊首 签字日期：加i o 、t3 3 东北大学博士学位论文摘要 基于短流程铁素体区热轧的 冷轧深冲板工艺研究 摘要 在薄板坯连铸连轧上采用铁素体区轧制技术，不仅使热轧超薄带钢和热轧深冲钢的 生产成为可能，而且可能生产出高深冲性能的冷轧产品。随着本钢薄板坯连铸、热轧、 冷轧等生产工序的逐步完善，如何利用本钢新建的薄板坯连铸连轧生产线进行铁素体区 轧制来生产冷轧深冲板，是本钢集团公司“十一五”规划科技攻关重点项目之一。这不 但可以开发具有本钢自主知识产权的铁素体区轧制新工艺，而且可以实现铁素体轧制 冷轧深冲产品涂镀层产品开发链的延长和高附加值化，对本钢降低生产成本，扩大超 低碳钢系列产品的品种、规格和提高产品质量具有十分重要的意义。本研究采用理论和 实验相结合的方法，联系本钢薄板坯铁素体轧制工艺实际，对不同深冲性能的冷轧产品 生产工艺进行了系统的研究，论文取得了如下研究结果： ( 1 ) 针对薄板坯连铸连轧工艺的特殊性，对铁素体轧制过程中影响深冲性能的元素 进行了分析，设计出适合不同深冲性能的钢种成分，通过对成分和工艺条件的优化，生 产具有不同深冲性能的冷轧深冲板。 ( 2 ) 通过g l e e b l e 2 0 0 0 热模拟试验，对超低碳钢在铁素体区的热变形行为进行了研 究，建立了铁素体区热轧的变形抗力模型，揭示铁素体变形过程中的变形抗力变化规律， 同时绘制了典型钢种的c c t 曲线。 ( 3 ) 结合热模拟实验结果，在本钢薄板坯连铸连轧生产线上进行了工业试验，通过 对试验样品的组织、织构及性能的详细分析，得到了热轧工艺参数对组织、织构和性能 的影响规律，给出了适宜冷轧深冲板生产的热轧工艺制度。 ( 4 ) 通过现场的冷轧和退火试验研究，给出了冷轧和退火工艺对薄板坯铁素体区轧 制冷轧深冲板组织、织构和性能的影响规律，并利用罩式退火工艺成功生产出符合性能 要求的d c 0 4 冷轧深冲板。 ( 5 ) 结合本钢现场实际，通过优化铁素体热轧、冷轧和退火工艺，利用薄板坯铁素 体区轧制工艺成功生产出性能合格的d c 0 6 冷轧深冲板，使本钢高牌号冷轧深冲板的生 产成为现实，为企业带来了巨大的经济和社会效益。 关键词：薄板坯，铁素体轧制，e l c 钢，冷轧，深冲板，织构演变，丫纤维织构 窒生m 学li 丝i 茎竺尘耋i- i m 坠曼曼皇 一22=!l!= s t u d yo nc o l d - r o l l e dd e e p - - d r a w a b l es h e e t s t e e l s b a s e do nf e r r i t i ch o tr o l l i n gi nf t s r l i n e a bs t r a c t 。 j i naf t s r ( f l e x i b l et h i ns l a bc a s t i n gr o l l i n g ) l i n e ，i ti sp o s s i b l et op r o d u c et h i ns t r i p a n dt h ed e e pd r a w a b l es h e e ts t e e lb ya d o p t i n gf e r r i t i cr o l l i n g w i t ht h eg r a d u a lp e r f e c t n e s so f t h i ns l a bc o n t i n u o u sc a s t i n g ，h o tr o l l i n ga n dc o l dr o l l i n gi nb e n x ii r o na n ds t e e lc o ，l t d ， h o wt ou s et h en e w l yb u i l tf t s rl i n et om a n u f a c t u r ec o l dr o l l e dd e e p d r a w a b l es t e e ls h e e tb y f e r r i t i cr o l l i n gb e c o m e so n eo ft h ek e yp r o b l e m so fs c i e n c ea n dt e c h n i c a ls c h e m ei nb e n x i s t e e l t h u s ，an e wr o l l i n gt e c h n o l o g yw i t hp r o p r i e t a r yi n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t sc a n n o t o n l yb eo b t a i n e df o rf e r r i t i cr o l l i n g ，b u ti ti sp o s s i b l et oh a v et h eh i g hv a l u e 。a d d e dp r o d u c t si n p r o d u c t i o nl i n eo f f e r r i t i cr o l l i n g c o l dr o l l i n g - c o a t e dp r o d u c t sa sw e l l i ti sa l s os i g n i f i c a n ti n r e d u c i n gp r o d u c t i o nc o s t ，e x t e n d i n gp r o d u c tr a n g ea n ds p e c i f i c a t i o n s o fe x t r al o wc a r b o n s t e e la n di m p r o v i n gp r o d u c tq u a l i t y i nt h i st h e s i s ，u n d e rt h eb a c k g r o u n do fp r a c t i c a l p r o d u c t i o no ft h i ns l a bf e r r i t i cr o l l i n gi nb e n g a n g ，at h e o r e t i c a la n a l y s i s c o m b i n e dw i t h e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o ni s u t i l i z e dt os t u d yt h ep r o c e s s i n gc o n d i t i o n so fc o l dr o l l i n g p r o d u c t sw i t hv a r i o u sd e e pd r a w a b l ep r o p e r t i e s t h ef o l l o w i n gr e s e a r c hr e s u l t sh a v eb e e n o b t a i n e d 1 、b a s e do nt h ep a r t i c u l a r i t yo ft h i ns l a bc o n t i n u o u sc a s t i n ga n dr o l l i n g ，a na n a l y s i sh a s b e e nm a d ef o rt h ee l e m e n t si ns t e e li n f l u e n c i n gt h ed e e pd r a w a b i l i t yi nf e r r i t i cr o l l i n g s t e e l c o m p o s i t i o n s h a v eb e e nd e s i g n e dt oa d a p tt h ev a r i o u sd e e p d r a w a b i l i t i e s t h r o u g h o p t i m i z a t i o n o ft h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s ，c o l d r o l l e d d e e p - d r w a b l es h e e t s t e e l sh a v eb e e ns u c c e s s f u l l ym a n u f a c t u r e d 、 2 1b vu s i n gg l e e b l e 2 0 0 0t h e r m o m e c h a n i c a ls i m u l a t o r , m eh o td e f o r m a t i o nb e h a v i o ro f e x t r al o wc a r b o ns t e e li nf e r r i t i cr e g i o nh a sb e e ns t u d i e da n dam o d e lo fr e s i s t a n c et o d e f o r m a t i o ne s t a b l i s h e df o rf e r r i t i cr o l l i n g t h ev a r i a t i o no ft h er e s i s t a n c et od e f o r m a t i o n d u r i n gf e r r i t i ch o tr o l l i n gh a sb e e ne x p l o r e da n dt h ec c t c u r v e sf o rs o m et y p i c a ls t e e l sh a v e b e e np r o v i d e d 3 ) o nt h eb a s i so ft h et h e m o m e c h a n i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s ，i n d u s t r i a lt r i a lp r o d u c t i o n w a sc a r r i e do u ti nb e n g a n g st h i ns l a bc o n t i n u o u sc a s t i n ga n dr o l l i n gp r o d u c t i o nl i n e a f t e ra d e t a i e da n a l y s i sf o rt h em i c r o s t r u c t u r e s ，t e x t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，t h ee f f e c to fh o t r o l l i n gp a r a m e t e r so nt h em i c r o s t m c t u r e st e x t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r ee l u c i d e d a n d o p t i m a lh o tr o l l i n gp a r a m e t e r sd e t e r m i n e df o rp r o d u c i n gc o l dr o l l i n gd e e p d r a w a b l es h e e t s t e e l i i 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t 曼蔓! 曼! 曼皇! 曼曼曼曼皇曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼i i 鼍皇曼皇! 舅曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼! 曼曼蔓曼曼曼 4 ) b ye x p e r i m e n t so fc o l dr o l l i n ga n da n n e a l i n go ns p o t 。t h ee f f e c to fc o l dr o l l i n ga n d a n n e a l i n go nt h em i c r o s t r u c t t t r e s ，t e x t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sh a v eb e e nc l a r i f i e d t h e d c 0 4c o l dr o l l i n gp r o d u c t sh a v eb e e ns u c c e s s f u l l ym a n u f a c t u r e db yb e l lt y p ef u r n a c ea s r e q u i r e d 5 ) c o n s i d e r i n gt h eb e n g a n g sp r a c t i c a lc o n d i t i o n s ，t h eo p t i m a lf e r r i t i cr o l l i n g ，c o l d r o l l i n ga n da n n e a l i n gt e c h n i q u e sa leu s e dt os u c c e s s f u l l ym a n u f a c t u r ed c 0 6c o l dr o l l i n g d e e p 。d r a w a b l ep r o d u c tw i t hd e s i r e d q u a l i t y , w h i c hm a d eh i g h g r a d ec o l dr o l l i n g d e e p 。d r a w a b l es h e e ts t e e lb e c o m et u r e t h i sb r i n g sg r e a te c o n o m i ca n ds o c i a lp r o f i t sf o rt h e e n t e r p r e s i s k e yw o r d s ：f t s r , f e r r i t i cr o l l i n g ，e x t r al o wc a r b o ns t e e l ，c o l dr o l l i n g ，d e e p d r a w a b l es h e e t s t e e l ，t e x t u r ee v o l u t i o n ，1 - f i b e rt e x t u r e 目录 独创性声明i 摘要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 薄板坯连铸连轧技术的现状1 1 1 1 薄板坯连铸连轧技术的优越性1 1 1 2 薄板坯连铸连轧技术发展趋势3 1 2 铁素体区轧制技术的现状及发展趋势4 1 2 1 铁素体区轧制的优势5 1 2 2 铁素体热轧技术的现状及发展趋势。6 1 3 冷轧深冲板的现状及发展趋势。1 2 1 4 冷轧深冲钢板性能的影响因素1 3 1 4 1 加热温度对深冲性能的影响1 3 1 4 2 变形温度对深冲性能的影响1 3 1 4 3 压下量对深冲性能的影响1 4 1 4 4 润滑条件对深冲性能的影响1 5 1 4 5 退火条件对深冲性能的影响1 5 1 4 6 卷取温度对深冲性能的影响1 6 1 5 本研究的目的、意义及主要研究内容1 6 1 5 1 研究的目的和意义1 6 1 5 2 研究的主要内容1 7 第2 章适应不同深冲性能要求的钢种成分设计1 9 2 1 引言1 9 2 2 成分设计原则1 9 2 3 钢中主要元素的作用1 9 2 4 针对短流程成分设计需要考虑的问题2 3 2 5 本章小结2 4 r 第3 章基于薄板坯的铁素体区热轧技术研究2 5 3 1 引言2 5 3 2 钢的变形抗力模型研究一2 5 3 2 1 实验方法及设备2 5 3 2 2 变形抗力模型的建立2 6 3 3 典型钢种的c c t 曲线3 0 3 3 1 实验方法及设备3 0 3 3 2c c t 曲线的绘制3 2 3 4 热轧工艺对组织和织构的影响3 3 3 4 1 实验方案3 3 3 4 2 实验结果及分析3 4 3 5 适宜冷轧深冲板生产的热轧工艺制度制定3 8 3 5 1 热轧金相组织3 8 3 5 2e l c 钢热轧微观织构4 0 3 5 3 力学性能试验结果及分析5 0 3 6 本章小结5 2 第4 章冷轧工艺研究5 4 4 1 引言5 4 4 2 实验材料和方案5 4 4 2 1 实验材料5 4 4 2 2 冷轧实验方案5 4 4 2 3 性能检验5 5 4 3 实验结果和分析5 6 4 3 1e l c 钢铁素体轧制的组织、织构和性能5 6 4 3 2e l c 钢铁素体区轧制和冷轧、退火过程中织构的演变规律一6 1 4 4 本章小结6 7 第5 章退火工艺研究6 8 5 1 引言6 8 5 2 实验方案6 8 5 3 实验结果和分析6 8 n 5 3 1 退火温度对超低碳钢显微组织和织构分布的影响6 8 5 3 2 保温时间对超低碳钢显微组织和织构的影响7 4 5 4 本章小结7 7 第6 章工业生产实施和冷轧钢板使用性能分析7 9 6 1引言7 9 6 2 本钢生产线概述7 9 6 2 1 本钢热轧、冷轧生产线概述7 9 6 2 2 本钢冷轧以铁素体区热轧为原料生产深冲钢板的必要性分析8 3 6 3 全线生产工艺制度的制定8 4 6 4 全线生产工艺参数的统计和分析8 5 6 4 1 炼钢参数8 5 6 4 2 热连轧参数8 5 6 4 3 冷轧参数8 7 6 5 深冲板产品性能的统计和分析8 7 6 5 1 热轧性能8 7 6 5 2 冷轧性能8 8 6 5 3 织构分析8 8 6 6 本章小结10 3 第7 章结论1 0 4 参考文献10 6 攻读博士学位期间发表的论文、获奖及专利1 1 1 致谢112 作者简介1 1 3 i i i 东北大学博士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 薄板坯连铸连轧技术的现状 1 1 1 薄板坯连铸连轧技术的优越性 钢铁生产在迈向现代化的今天，仍然存在流程长、资金运作量大、能耗高和劳动强 度大等缺点，以生产流程长尤为突出。因此，国内外的冶金工作者不仅追求每个生产工 序的合理性、先进性和现代化，而且还为缩短工艺流程而不断努力开发和创新。薄板坯 连铸是2 0 世纪8 0 年代末开发成功并实现工业化生产的一项高新技术，其实质是在保证 产品质量的前提下，尽量减小连铸坯的厚度来缩短金属塑性成型过程。 所谓的薄板坯( 中等厚度) 是指普通连铸机难以生产，可以直接进入热连轧粗轧或精 轧机组轧制的板坯。一般认为，就大宗板带钢产品而言，薄板坯的厚度应该以保证产品 质量和产量为前提，同时便于炼钢、连铸和轧钢生产能力的均衡匹配【1 1 。 薄板坯连铸技术的开发工作始于1 9 8 4 年，由德国西马克( s m s ) 公司首先投资进行开 发，该公司与美国的纽克钢铁公司合作于1 9 8 7 年在印第安纳州的克劳弗茨维尔 ( c r a w f o r d s v i l l e ) 厂开始建设世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线，简称c s p ( c o n t a c ts t r i p p r o d u c t i o n ) ，并于1 9 8 9 年正式开始投产。与此同时，德国德马克公司( m d h ) 与在杜伊斯 堡的胡金根厂( h u c k i n g e n ) 合作开发了生产薄板坯的新工艺，简称i s p ( i n l i n es t r i p p r o d u c t i o n ) 。随后，该公司又与意大利的阿维迪( a r v e d i ) 公司合作，于1 9 9 2 年1 月建成 了世界上第一条i s p 生产线【2 ，3 1 。自第一条薄板坯连铸连轧生产线投产以后，其技术和 经济上的优势被各国所认识，因此，薄板坯连铸连轧技术的开发和应用成为世界钢铁业 的投资热点，倍受短流程小钢厂青睐，在原有技术得到推广的同时，众多公司竞相推出 自己的技术，如意大利达涅利( d a n i e l i ) 公司的f t s r ( f l e x i b l et h i ns l a bc a s t i n gr o l l i n g ) 技 术、奥地利奥钢联工程技术公司( v a i ) 的c o n r o l l 技术、日本住友金属( s m i ) 与三菱公 司开发的q s p ( q u a l i t ys t r i pp r o d u c t i o n ) 技术、美国蒂平斯( t i p p i n s ) 公司与韩国三星 ( s a m s u n g ) 重工业公司联合推出的t s p ( t i p p i n s - s a m s u n gp r o c e s s ) 技术、德国蒂森公司 ( t h y s s e ns t a h l a g ) 、s m s 公司和法国的尤西诺尔一萨西洛尔( u s i n o rs a c i l o r ) 公司共同开发 的c p r ( c a s t i n gp r e s s i n gr o i l i n g ) 技术等等，随后薄板坯连铸连轧生产线在世界各地纷纷 建成投产，最具代表性的是美国的纽克公司，从原来的一个小钢厂发展成为今天知名的 由千万吨级大钢厂1 4 句】。 近年来，薄板坯连铸技术进入了一个对原有技术进行再开发、提高和完善的阶段。 东北大学博士学位论文第1 章绪论 薄板坯连铸技术发展的初期，工艺生产线的设置以连铸机与热轧机的直接连接为主要思 路，薄板坯的厚度均在7 0 m m 以下，连铸结晶器的形式有漏斗型和平行板型。生产实践 证明，生产这种规格的薄板坯，漏斗型结晶器更适用，但漏斗型结晶器的不足在于生产 铸坯的品种相对单一，铸坯的表面质量相对较差；因此，西马克( s m s ) 公司也增加了结 晶器下口的厚度，同时达涅利( d a n i e l i ) 公司开发出长漏斗型的h 2 ( h i 曲s p e e dh i 曲q u a l i t y ) 结晶器。而平行板结晶器对浸入式水口的要求极高，控制铸坯的表面质量难度较大，连 铸生产并不经济合理。为此，德马克( m d h ) 公司将平行板结晶器改为“橄榄型”，而日 本住友金属公司则停止平行板结晶器的研究与开发工作，开始进行中等厚度( 9 0 1 5 0 m m ) 板坯的连铸技术的开发；奥钢联则认为，采用平行板结晶器生产厚度为7 5 1 2 5 m m 的中 等厚度的板坯更经济、合理。总的来看，无论采用何种形式的结晶器，都有增加结晶器 下口厚度的趋势，同时采用液芯压下技术，并相应增加精轧机机架数量或配置1 2 架粗 轧机，以利于控制结晶器的传热和润滑状况，生产出高质量、宽范围、薄规格的产品【8 。1 1 1 。 薄板坯连铸凝固的特点是凝固速度快、液芯长度短。不同连铸工艺的凝固特点比较 情况如表1 1 所示。 表1 1 不同类型连铸工艺特点的比较 t a b l e1 1c o m p a r i s o no fv a r i o u st y p e so fc o n t i n u o u sc a s t i n gp r o c e s s e s 由表1 1 可见，传统厚板坯完全凝固时间需1 0 m i n 以上，而薄板坯仅需l m i n 左右， 厚板坯液芯长度一般为2 0 - 2 5 m ，而薄板坯液芯长度仅为5 - 6 m ，大大减轻了连铸设备的 重量，铸机结构得以简化。薄板坯散热面积增加约4 倍，拉速提高约5 倍，铸坯表面温 度高且分布均匀，不会产生质点( 如削n ) 的沉淀，无需再加热到高温溶解a i n ，仅需均 热即可直接轧制，铸坯内部结构致密，偏析小。但是，铸坯表面质量控制难度加大，薄 板坯的表面积体积比增加，在相同钢水洁净度条件下，夹杂物易集中在铸坯皮下，影响 带钢表面质量。因此，对薄板坯连铸来说，提高钢水洁净度非常重要。铸坯比表面积大， 东北大学博士学位论丈第1 章绪论 温度高，氧化铁皮严重，高压水除鳞不干净，影响薄板表面质量；因此，在薄板坯连铸 连轧生产线上设置3 处高压水除鳞装置。结晶器空间小，拉速高，流动强度大，容易卷 渣；所以，在结晶器内采用电磁制动技术( e m b r ) 以提高铸坯内部质量，对薄板坯连铸来 说尤为重要l l 巧】 1 1 2 薄板坯连铸连轧技术发展趋势 尽管薄板坯连铸连轧技术在市场上取得了很大的成功，但是，随着市场的竞争及不 断解决和完善生产中出现的技术问题，薄板坯连铸连轧技术还在不断的发展之中，其发 展趋势主要表现在以下几个方面【1 2 - 1 5 1 ： ( 1 ) 产品的尺寸向着薄规格的方向发展，以达到最终代替冷轧带钢的目的。薄板坯 连铸连轧技术的特点决定了其产品可以覆盖一部分冷轧产品，而且厚度为1 2 1 8 m m 的 产品通常没有太多特殊性能要求，普通的热轧产品可以满足，这一点的经济效益十分明 显。随着市场需求的变化和技术的不断进步，采用薄板坯生产的热轧产品厚度越来越薄， 但也应看到，目前大量生产超薄规格的带钢产品仍有许多技术问题需要解决，比如轧制 过程的动态规格变换问题、高速飞剪和高速卷取机的设计和使用问题、薄带钢的板形控 制问题等等。 ( 2 ) 连铸坯的厚度向中等厚度( 9 0 1 2 0 r a m ) 的方向发展。如1 9 9 7 年s m s 在我国的邯 钢、m d h 在南非的s a l d a n h a 、d a n i e l i 在加拿大的a l g o m a 均采用中等厚度板 坯。这种生产线通常采用l 2 架粗轧机和5 “架精轧机两个阶段配置。这样配置的好处 在于，通过粗轧实现较大的变形，减少精轧的压力，以利于精轧的板形和厚度精度控制。 另外，粗轧和精轧之间可以通过再结晶和各种合金化合物的析出来控制和优化产品的性 能，有利于生产性能要求较高的产品。 ( 3 ) 适应当今轧钢技术发展的需要，薄板坯连铸连轧将向着无头轧制和铁素体轧制 的方向发展。所谓的铁素体轧制指的是带钢进入精轧机时已经完全转变为铁素体，以避 免在仪+ 丫两相区轧制。因为在p 仪相变时出现流变应力突变的现象，尤其是带钢薄而轧 制速度快时更为明显，由于流变应力的变化，导致轧制力的变化而引起带钢变形不均， 从而可能导致带材跑偏、板形不良和厚度控制难度加大，通过铁素体区的轧制将赋予带 钢新的材料性能，进而达到节能和提高带钢质量的目的。 ( 4 ) 产品质量不断提高，品种范围逐渐扩大。薄板坯连铸连轧工艺可以覆盖大多数 热轧带钢的品种范围，但是，对于一些高性能和高附加值的品种还不能生产，如低碳深 冲钢板，特别是汽车外表面用冷轧深冲板。国内外正在进行扩大品种的开发研究，工作 主要集中在低碳和超低碳深冲钢、高牌号管线钢和高强度钢等品种的生产。 表，通过在热轧过程中采用铁素体区轧制、无头轧制、强润滑轧制等技术，实现了r 值 为3 0 的超深冲冷轧i f 钢板的工业化生产【1 每1 羽。 专矾 区 再一将 铁素体轧翻 铁素体暖麓轧卜 j 西i 图1 1 铁素体轧制与传统工艺比较 f i g u r e1 1c o m p a r i s o n o f t h ef e r r i t i cr o l l i n gw i t hc o n v e n t i o n a lr o l l i n g - 4 - 东北大学博士学位论丈第1 章绪论 对于低碳钢和低碳铝镇静钢而言，传统的轧制工艺一般采用高的加热温度、高的开 轧温度、高的终轧温度和低的卷取温度。而铁素体区轧制工艺则要求粗轧在尽量低的温 度下使奥氏体发生变形，以增加铁素体的形核率，精轧在铁素体区进行，随后采用较高 的卷取温度，以得到粗晶粒铁素体组织，降低热轧带钢硬度。铁素体区轧制的特点是变 形过程分成两个阶段：第一阶段在奥氏体区完成，第二阶段在铁素体区完成。图1 1 给 出了传统轧制工艺与铁素体轧制工艺的比较【1 9 之1 1 。 1 2 1 铁素体区轧制的优势 铁素体区轧制已经成为国内外研究的热点。在传统奥氏体区热轧研究的基础上，许 多学者对于铁素体轧制进行了广泛的研究和探讨，铁素体轧制不仅在工艺上可行，而且 经随后的冷轧及退火在成品的织构组成上表现为强烈的 1 1 1 ) 退火织构，使材料具有良 好的深冲性能。铁素体区轧制已被用于超低碳钢和极低碳钢的热轧工业生产，通过铁素 体区热轧，可以生产具有相同或更优性能的冲压和深冲性能级钢板。铁素体区轧制的优 点可以概括如下 2 2 - 2 6 】。 ( 1 ) 节约能源。铁素体区热轧有多种节能途径，其中降低加热温度是最直接的节能 手段，加热温度的降低使加热炉产量大大提高。 ( 2 ) 减少了氧化铁皮的产生和工作辊的磨损，提高了带钢表面质量，降低了输出辊 道上冷却水的消耗，提高了成材率。 ( 3 ) 缩短工艺流程，降低生产成本。低碳钢在铁素体区热轧时，若能采取适当的控 制轧制、控制冷却制度，采用较好的润滑条件，产品经退火或高温卷取酸洗后可作为成 品直接使用，从而免去了冷轧工艺，使产品成本大大降低。 ( 4 ) 降低冷轧工序的轧制负荷。传统工艺中，热轧板中没有形成占优的 1 1 1 织构， 保证深冲性能的 1 1 1 织构只能在冷轧过程中形成，因此，要求较大的冷轧总压下率。 而采用铁素体区轧制形成的 1 1 1 织构将遗传到冷轧过程中，并在冷轧过程中得到加强。 这表明，铁素体轧制可以采用较小的冷轧压下率得到较强的 1 1 1 ) 织构，所以，可降低 冷轧压下率。同时，铁素体区轧制可使冷轧变形率大大提高，平均可达8 7 5 ，并且铁 素体区轧制的钢卷进行冷轧时生产率可提高2 0 。 ( 5 ) 获得高r 值的冷轧带钢产品。如，日本川崎钢铁公司通过采用无头轧制和铁素 体轧制技术生产出r 值为3 , 0 的冷轧板。 ( 6 ) 铁素体轧制技术可以作为新一代钢铁材料生产的手段。 东北大学博士学位论文第1 章绪论 曼曼皇舅i 皇曼曼量曼舅皇曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼! 量曼曼皇曼舅蔓曼曼曼量曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼 1 2 2 铁素体热轧技术的现状及发展趋势 1 2 2 1 铁素体轧制工艺的分类 铁素体轧制工艺要求轧制温度控制在a r 3 线以下，而对于不同的材料，变形抗力随 温度降低而变化的规律是不同的。图1 2 给出了不同钢种屈服强度随温度的变化情况， 由图可见，在8 5 0 - 9 0 0 c 范围内，对于碳含量小于0 0 4 的钢种，变形抗力随温度的降 低而降低，而对于碳含量高于0 0 4 的钢种则会随温度的降低而升高，这样就会导致轧 制力升高，使变形困难，无法确保轧制过程的稳定进行。根据铁碳平衡相图，在7 2 3 。c 时纯铁素体区域的碳含量小于0 0 2 ，通常可将碳的含量放宽到0 0 3 5 ，此时铁素体的 比例至少有9 7 5 ，奥氏体占2 5 。所以，在实际操作中碳含量可以控制在0 0 4 以下。 因此，铁素体轧制工艺适用于低碳钢、低碳铝镇静钢( l c ， c 】_ 0 0 1 5 - 0 0 4 【m n 0 3 ) 和超低碳钢、无间隙原子钢( u l c i f ，【c 】 o 0 0 5 ，【m n 0 2 ) 。其他钢种通常在铁素 体区轧制时会造成轧制力的增加，对于设备刚度、强度和能力的要求将会提高1 2 7 j 。 霸 氛 至 、 越 强 e 吐 鹫 理 温度代 图1 2 不同钢种屈服强度随温度变化情况 f i g u r e1 2v a r i a t i o no ft h ey i e l ds t r e n g t hw i t hd e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ef o rs o m el o wc a r b o ns t e e l s 目前，在工业化生产条件下，适合铁素体轧制的产品主要有：可直接应用铁素体区 轧制的热轧薄带钢，属无老化、软而有韧性的钢种，它可代替传统的冷轧退火钢；适用 于直接退火，尤其是酸洗后热镀锌处理的薄和超薄带钢；用于直接退火的软热轧带钢。 根据卷取温度和冷却制度的不同可制定3 种典型的铁素体轧制工艺，如图1 3 所示。 对于薄板坯连铸连轧生产线而言，根据所采用的冷却装置位置不同，铁素体轧制主 要有两种方式：一是在精轧f i f 3 机架后采用机架间强冷装置，并采用近距离卷取机， 有利于再结晶铁素体的轧制。丫一0 l 转化在f 2 f 3 或f 3 f 4 之间进行，因机架问距离短( 一 般为5 5 m ) ，较难保证其完全转化，所以需降低出炉温度( 约1 1 0 0 。c ) ；另一种是在粗轧 东北大学博士学位论文第1 章绪论 - - 一 一一l 一 一_ 一i i 一i o 舅曼曼鼍曼鼍! 曼曼曼鼍鼍曼鼍曼曼 与精轧机组之间( i 也一f 1 ) 采用中间冷却装置( 与保温罩交替使用) ，p 仅的转化在i 毪f l 之间进行，因粗轧与精轧机组间距离长( 一般约2 0 m ) ，可保证其完全转化，所以不需要 降低出炉温度( 约lz 5 0 c ) 。因此，后一种方式更适合铁素体轧制。 兰热炉矗o 芋蛰oo0 兰警带然毳暑。器移l i 爿叼r 宁oo ? ll 申 雹 i i l ll li ；+ 谨l入iiill |一瑟ii警4i1r o ：- x ： ；：；f 1 c 硼l 艺馕囊噬簟j 谚 时间， 图1 3 几种典型的铁素体轧制工艺 f i g u r e1 3s c h e m a t i cs h o w i n gs e v e r a lt y p i c a lf e r r i t i cr o l l i n gt e c h n o l o g i e s 铁素体区热轧已在比利时的c o c k e d l ls a m b r e 有了近2 0 年的生产实践经验，目前该 厂正用超低碳钢采用铁素体区热轧技术生产超软( i 2 0 0 m p a ) 非时效热轧薄板。采用的 铁素体区热轧温度制度如表1 2 所示，与奥氏体区热轧相比，超低碳钢铁素体区热轧产 品屈服强度的降低主要是由于组织粗化的结果。 表1 2 几种钢的铁素体区热轧工艺参数 t a b l e1 2p r o c e s s i n gp a r a m e t e r so ff e r r i t i cr o l l i n gf o rs o m el o wc a r b o ns t e e l s 1 222 铁素体区轧制的组织和性能特点 p a r a y i l 和g u p t a 等研究了终轧温度对冷轧板组织和性能的影响。研究表明，当终轧 温度在a r 3 以上时，冷轧板的r 值基本保持不变；当终轧温度在a r 3 以下时，冷轧板的r 值明显降低。冷轧薄板深冲成形性降低主要是由于在两相区轧制时形成了异常粗大的晶 - 7 一 构主要由 1 1 1 ) n d 的y 纤维织构和少量高斯织构 0 1 1 ) 组成；当轧制温度为3 0 0 c 时，高斯织构加强， l l l n d 的丫纤维织构减弱。当轧制温度为7 0 0 时，全部织构均 转变为不完整的 r d 的0 【纤维织构( 从 0 0 1 ) n 1 1 2 ) ；而对于腰钢， 在所有轧制温度下， 1 1 1 n d 的丫纤维织构始终占优势地位。因此，在铁素体区轧制生 产带钢，由于热轧织构的影响，在冷轧产品中低碳铝镇静钢难以获得良好的深冲性能， 而i f 钢的深冲性能却不受影响1 2 9 0 。 i f 钢中第二相粒子的形态、分布和