采用先进控轧控冷技术生产高强度宽厚板

1、采用先进控轧控冷技术生产高强度宽厚板 赵四新, 姚连登 (宝山钢铁股份有限公司研究院, 上海, 20 19 0 0 摘要回顾了国外先进控轧控冷及在线热处理工艺生产高强钢厚板的情况 。 介绍了宝钢采用的控轧工艺和控 冷工艺生产高强度宽厚板的控制工艺。通过采用先进的控轧控冷工艺, 宝钢商业化生产了屈服强度5 50 MPa 和 6 90 MPa 且具有良好低温韧性的高强钢厚板, 板厚可达80 m m , 且具有良好的焊接性能, 40 m m 厚Q 6 90 CF 钢板可实 现不预热焊接。文章对未来控轧控冷工艺和产品的未来发展提出了探讨和展望。 关键词控轧控冷, 高强钢, 宽厚板, 直接淬火 1 前言

2、 控制轧制和控制冷却技术的发展主要分为几个阶段: 20 世纪50 年代以前, 控制轧制技术研究的开始; 20 世纪60 年代至20 世纪70 年代初, 控制轧制技术的探索和深化; 20 世纪70 年代后期至今, 控制轧制控制 冷却技术迅速在世界范围普及: 控制轧制控制冷却技术被广泛应用, 以达到细化晶粒、提高强度、改善韧性的 目的。 2 0 世纪八十年代之后, 君津厚板采用了C L C , JF E 公司采用了O L A C , 水岛厚板采用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 。冷却方式有通过型(p r o g r e s s

3、iv e 、同步型(Sim u l- t a n e 。u s 、约束型(Cl os ed 和非约束型(Op en 。近年来, 直接淬火技术快速发展, 开发了不同强度级别的钢 种, 如日本JFE 采用S u p e r 一O LA c 系统生产的E V E R H A R D 一L E 系列新型耐磨钢, 大热输人储油罐用钢 JFE H IT E N 6 1 o E 等, 机械结构用钢H T sg o , H T 7 so 和H T g so 等仁3 习。为了提高热处理的效率, JFE 钢铁公 司在其西日本钢厂的福山厂安装和投产了H OP 热处理工艺设备。实现了轧制一加速冷却一热处理整套在 线工

4、艺的建立, 可以大规模工业化生产, 节省了热处理成本, 缩短了产品交货期, 并以此技术开发了建筑用钢 JF E H IT E N 7 8 OL E 、机械结构用超高强钢JFE H Y D 9 6 OLE 、 JFE H Y D 1 1 0 0 LE , 管线钢JFE 一H IPE R X 70 、 X 80 、 X 1 0 等, 一。采用先进控制轧制和控制冷却技术生产厚板高强钢是今后的发展趋势, 本文旨在 简单回顾国外控轧控冷技术发展, 介绍宝钢控轧控冷工艺和产品, 探讨未来控轧控冷技术研究和厚板产品研 发的发展方向。 2 宝钢宽厚板控轧控冷工艺简介 2 . 1 宝钢采用控轧工艺的几个特点 为

5、保证钢板性能、规格尺寸、成材率和力学性能等要求, 宝钢的宽厚板轧机采用了多功能厚度控制技术、 平面形状控制技术(M A S 轧制法和板型控制技术、高形状因子轧制技术、低温大压下控制技术等8, 9 。厚 度、平面形状和板 型控制技术采用减小监控盲区、提高检测能力和精度、优化轧制工艺设计、 C V C P 和工作辊 弯辊控制技术改善钢板形状, 提高了钢板的板型和成材率。 高形状因子轧制技术和低温大压下改善钢板内部质量, 提高钢板力学性能和使用性能。高形状因子轧 制技术即提高轧制时的压缩区。钢板轧制时压缩区比例越高表示轧制力在厚度方向渗透约深。钢板轧制时 形状因子(1 / 气 计算公式为 1 / h

6、 。= 丫(R (h。一h ; / (1 / 2 (h。+ h l (1 式中R 一轧辊直径, h。一h l 一压下量。宝钢采用的高形状因子轧制技术是提高钢板内部质量重要技术。钢板 1 7 4 轧制力和变形的渗透增加了钢板中心的位错密度, 促进合金元素碳氮化物在位错处的形成, 钉扎晶界运动, 细化奥氏体晶粒, 并促进了冷却时钢板的中温贝氏体转变, 细化了最终组织, 提高了钢板的性能。 低温大压下技术是在较低温度下, 采用较大变形率轧制钢板。采用此方法轧制后的钢板具有稳定的拉 伸性能和较高的低温冲击功。宝钢采用T M C P 工艺生产的工程机械用厚板Q5 5 oCFD 和Q6 90 CFD ,

7、其终轧 温度和一20 冲击功之间关系的示意图见图1 。从图1 中可看出, 较低终轧温度可提高冲击功单值和数值 的稳定性。 , 。鬓碧藻 2 5O r 睦史奋 一亚稳区 冲击功. 声了级小, 卜5 波动区 015coI05 冲击功班声了最小5 圣 袍份免g 吕。 7护谕, 扩瑞8 的8 20 8 4 0 终轧温度 8 60 8 8 0 9 00 图1 宝钢机械结构用厚板高强钢终轧温度和一20 冲击功关系的示意图 2 . 2 宝钢控冷工艺的关键要素 宝钢控冷工艺主要包括冷却速率的控制和冷却模型的自动控制等z 。宝钢sm 宽厚板轧后加速冷却系 统包括A C C 段和D Q 段。装置采用高压喷嘴喷射冷

8、却和U 型管层流冷却组合形成。通过对冷却方式的选 择, 可在较宽的范围内控制冷却速率, 可生产不同冷却速率要求的钢板, 增加了厚板产品品种。采用适当的 喷射冷却和层流冷却的组合方式, 可实现钢板的直接淬火, 生产高性能钢板。 宝钢宽厚板控制冷却系统包括L l 和LZ 两部分。 L l 包括边部遮挡控制、上下部集管控制、侧喷控制、 夹送辊控制、冷却控制以及外部和内部供需之间的通讯等。 L Z 包括冷却模型的功能, 提供冷却集管流量和 钢板速度的设定等。自动控制系统通过自学习不断优化冷却过程中的各种参数, 实现钢板冷速和停冷温度 的准确控制。 3 易焊接高强钢厚板产品Q5 5 0 C F 和Q6

9、9 0 C F 3 . 1 微观组织、力学性能、焊接性能 宝钢采用控轧控冷工艺, 在sm 轧机上成功试制了Q5 5 OCF 和Q6 90 C F 工程机械用易焊接高强钢厚板。 钢板的微观组织见 图2 。从图2 中可看出Q5 OCF 和Q 6 90 C F 的微观组织均为贝氏体铁素体板条和沿板条 界面分布的M A 组元或碳化物组成。宝钢工程机械用易焊接高强钢厚板Q5 50 CF 和Q69 o CF 的力学性能 见表1 。 钢板的可焊接性是钢板重要的使用性能。高强钢板如实现不预热焊接, 将节省大量的人力成本和时间 成本, 可有效提高生产效率。哈尔滨焊接研究所对宝钢提供的Q6 90 C F 钢板的焊

10、接性能进行了全面的评价。 Q6 90 CF( 40 m m 厚插销试验的工艺条件见表2 , 插销试验结果见表3 , 小铁研试验的工艺条件见表4 , 小铁研 试验结果见表5 。预热60 小铁研照片见图3 , 不预热小铁研照片见图4 。综合Q69 OC F 钢焊接热影响区最 高硬度试验、 插销冷裂纹试验及斜Y 坡口焊接裂纹试验的结果, Q 6 90 C F 钢板焊接热影响区淬硬倾向不大, 对氢致裂纹产生不明显。采用B H 8 0 一n 焊丝, 富氢混合气体保护焊, 对于40 m m 及40 m m 以下厚度的 Q 6 90 C F 钢板可以实现不预热焊接。由于煤矿机械多采用厚板多道多层焊, 一方面

11、结构的拘束应力较大, 另 一方面多道焊接过程中还存在倾的积累和聚集, 两方面因素均增大氢致裂纹产生倾向, 因此实际产品焊接时 应优先选择低氢的焊接材料及焊接工艺, 有条件的焊后建议进行及时的消氢处理。 1 7 5 焊接热输人量在0 . 9 5 8 2 . 1 12 KJ/ m m , 焊道间温度在10 一2 0 范围内变化对Q6 90 CF 钢焊接接头 焊缝金属及焊接热影响区的力学性能影响不大, 焊接接头的力学性能保持在较高的水平上, Q69 OCF 钢对焊 接工艺规范有较强的适应性。 Q6 90 CF 钢焊后热处理工艺试验结果表明: 焊后热处理对Q6 90 CF 钢焊接接 头焊缝金属的冲击韧

12、性有一定影响, 而对焊接热影响区的冲击韧性影响不大。该钢对焊后热处理有较强的 适应性。因此, 宝钢生产的Q6 90 CF 厚板有较好的焊接性能。 图2 Q 5 5 0C F 和Q 6 9 0 C F 钢板的微观组织, (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 的力学性能 A% 牌号厚度规格 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 的舀自山扫叼。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 图5 力学性能和终冷温度的关系。( a 屈服强度和抗拉强度和终冷温度的关系, ( b V 型冲击功与终冷温度的关系( 平均值 。 控制技术如头尾形状控制、平直度和凸度控制、镰刀湾控制等。. 直接淬火技术的应用及深化。其中包括直 接淬火冷却装备的机械系统 、控制系统、计算程序优化等; 直接淬火钢种成分体系的研究、直接淬火工艺在不 同钢种系列中的应用; 直接淬火后板型的控

14、制技术等。. 在线热处理技术的工业化应用及相关钢种成分体 系的研究, 其中包括在线热处理装备的研究及其在高性能厚板生产中的应用等。. 直接淬火和在线热处理 工艺对钢板组织性能及相变原理的相关基础理论研究。. 厚板内部潜热在两段轧制和停冷后的应用等。. 研究论证其它外场( 磁场、超声场 等在工业化生产中的应用前景等。 低回火温度在控轧控冷厚板生产的 应用。 厚板产品的发展趋势为: 1 力学性能要求进一步提高。为达到产品减重化, 高强钢厚板产品的强度会不 断提高。低温冲击、高温疲劳和蠕变性能、延伸率、屈强比、耐磨损性能等力学性能均会随科技和社会进步不 断提高。o 使用性能的提高。焊接不预热、抗H

15、I C 、抗应力腐蚀的等均是厚板产品使用性能研发的趋势, . 钢板尺寸向特厚板方向发展。 特宽厚钢板的生产工艺和技术是未来厚板发展重要方向。. 钢板内质的纯净 化和均质化。其中包括钢板的夹杂物、氢含量和偏析控制等。. 厚板表面质量的提高和控制。目前对厚板 表面质量要求较不锈钢等产品低, 但将来厚板表面质量有提高的趋势。 5 结束语 通过回顾控轧控冷技术和产品的发展过程, 介绍宝钢控轧控冷厚板产品的生产技术和产品, 通过采用先 进的控轧控冷技术, 可生产具有良好强韧性匹配和优良焊接性能的厚板。探讨了未来控轧控冷技术和厚板 产品发展方向。 参考文献 1小指军夫 . 控制轧制控制冷却一改善材质的轧制

16、技术发展, 北京, 冶金工业出版社, 2。2. 仁2昊扣根. 控制冷却技术及在宝钢sm 宽厚板上的应用, 全国能源与热工20 0 4 学术年会, 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 . ( 下转第18 4 页 17 8 5 结论 (l 采用合理的热轧工艺和在两相区加速冷却至70 0 的冷却制度, 获得了较低的屈强比和较高强韧性 匹配的建筑结构钢板, 可有效缩短钢板生产工艺流程并降低生产成本。 (2 热轧态钢板中相对低硬度相(铁素体相 占约60 % , 并且使珠光体组织中的渗碳体形成在铁素体基 体上断续分布的状态, 可以保证材料具备较高的强度和韧性的同时, 获得较低的屈强比。 (3 试验钢在10 kJ/ c m 大线能量热模拟焊接下H A Z 具有优良的综合性能。 (4 H A Z 组织中针状铁素体形核核心主要为含少量Ti 、 Mn 等的复合Z : 氧化物夹杂, 针状铁

21、素什通过 二次细化H A Z 铁素体组织, 提高了H A Z 的强韧性 。 参考文献 l皿加藤勉 . 建桑用钥材内降伏比l二及l了寸烧也艺七温度内影髻. J 铁巴钥, 1 9 8 8 , 7 4 (6 : 9 5 1 一9 6 1 2鹿内伸夫, 栗原正好, 田川寿俊 . 低合金高张力锅内降伏比忆妇上汀寸加工热处理条件内影譬. J铁匕钥, 19 8 7 , 7 3 : 5 1 3 1 2 3染谷良, 铃木秀一, 大西一志e t al. 低降伏比60 k g f/ m m Z 翎内溶接性改善忆关寸乙检讨 . J铁巴铜, 1 98 7 , 73 : 51 3 14 4藤井博己, 清水高治, 十河泰雄

22、 . 调质型于了夕, 子7 用铜管。降伏比忆及嗜寸烧也艺U 温度内影粤. J 铁匕钥, 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 7百合冈信孝, 奥村诚, 神崎昌久. 建筑土木用厚板己干内溶接 . J 金属, 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 黑泽文夫, 铃木茂 . 铁绷材料。表面 界面分析忆阴寸乙最近内研究 . J 日本金属学会会报, 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 沟口庄三, 高村仁一析出核己U 丁。铜中微细酸化物粒子内制御 . 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