本钢热轧带钢卷取温度优化研究_图文

1、轧钢STEELROLL IN G 2007年2月第24卷第1期Feb.2007Vol.24No.1本钢热轧带钢卷取温度优化研究赵迪1,郑中1,邱春林2(1.本溪钢铁集团公司热轧厂,辽宁本溪117021;2.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004摘要:针对热轧带钢因卷取后钢卷内外圈与芯部的冷却速度不同,导致带钢成品头尾强度高、塑性低的问题,提出了卷取温度凹型控制模式。对不同钢种的带钢采用凹型冷却控制后,头、中、尾力学性能的分析和对比表明,凹型冷却可降低带钢头尾性能偏差,提高热轧带钢性能的通卷稳定性。关键词:热轧带钢;卷取温度;冷却方式;力学性能中图分类号:T G 335

2、155文献标识码:A 文章编号: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作者简介:赵迪(1968-,女(汉族,辽宁沈阳人,高级工程师。部先逐渐减小后逐渐增大,在端部达到最大。4种情况的等效应力分布规律均相同,但数值大小差别很大。在轧件离开轧机后与辊道撞击的情况下,轧件头部平直时辊道的最大等效应力为10M Pa ;轧件头部下弯70mm 时的等效应力最大值为46M Pa ;轧件头部下弯152193mm 时的等效应力最大值为91M Pa ,此时属对心碰撞。如果轧件头

5、部下弯量超过对心碰撞的下弯量,轧件运送会出现卡阻现象。可见,轧件头部弯曲时辊道所受冲击力要比轧件头部平直时大,而且下弯量越大,等效应力的最大值越大。轧件未完全离开轧辊且轧件头部下弯时,等效应力的最大值远大于轧件已经轧出时的等效应力最大值,此时头部下弯量为60mm 时,等效应力的最大值达到386M Pa ,大大超出辊道材料的许用应力值,所以这种情况是非常危险的。4结论通过对轧制过程中辊道所受载荷的有限元模拟计算,可以得出以下结论:(1轧件离开轧机后与辊道接触,轧件头部向下弯曲时辊道所受的冲击远大于轧件平直时辊道所受的冲击,在对心冲击时辊道所受载荷达到最大。(2如果轧件未出辊缝,其头部下弯,接触辊

6、道,辊道所承受的载荷远大于轧件离开轧机后对辊道的冲击所产生的应力,在下弯量达60mm 时,辊道所受的应力超出其材料的许用应力。所以,生产中必须尽量减少轧件头部弯曲,从而减小轧件对机架辊、辊道的冲击,尤其要避免轧件头部弯曲过大造成的钻地沟现象或是轧件上翘过大造成的对挡水板以及机前高压水除鳞喷嘴的撞击及损坏现象。42 1前言热轧带钢卷取过程中,由于钢卷的内外圈与外界接触,温降速度大于芯部,使低熔点化合物和碳化物(包括渗碳体析出量不均,芯部铁素体晶粒尺寸大于头尾晶粒尺寸,从而造成钢卷头尾的强度高于芯部,塑性指标略低于芯部。若适当提高钢卷头尾的卷取温度,使整卷带钢的卷取温度呈凹型分布,钢卷头尾和芯部同

7、时冷却到相变实际终止温度以下,使得头尾部钢卷晶粒尺寸增大,位错密度降低,从而提高钢卷头尾的冲压成型性能,提高整个钢卷的成材率,增加经济效益。但若凹型卷取温度模型选择不当,会扩大性能的不均匀分布,导致成材率下降。因此,研究凹型冷却模型对产品性能的影响规律,确定不同品种、规格钢卷的最优凹型冷却模型十分重要。2常规冷却时带钢的性能及分析211IF 钢带的性能及分析选择一炉化学成分如表1所示、规格为215mm ×1450mm 、卷取时采用常规冷却方式的IF 热轧带钢,分析其头、中、尾的屈服强度s 、抗拉强度b 和伸长率5。取样位置为:纵向分别离头部、尾部10、20、60m 以及中部,横向在钢

8、板宽度方向1/4处。用拉伸试验机测试的结果见表2。表1试验用IF 钢的化学成分wt %CSiMn P S N Ti Als 010*01180100701008010030100601060由表2可见,卷取温度控制采用常规冷却方式的IF 热轧带钢,钢卷头尾与中部的性能差别较大,其中头尾的强度较高,塑性较低。这主要是由于热轧卷取时,钢卷头尾与中部的冷却速度表2IF 钢试样不同部位的力学性能取样部位s /MPab /MPas /b5/%7511019189012208不同,发生相变时铁素体晶粒度、铁素体基体中的位错密度、铁素体基体中析出的碳化物和化合物不同,导致带钢头、中、尾力学性能存在差异。(1

9、铁素体晶粒度的影响。卷取冷却过程中,带钢继续发生相变,钢卷的内外圈因与外界接触而温降速度大于中部,过冷度较大而使原子扩散速度、振动频率显著减小,相界迁移率也明显降低;再者,低的相变温度能降低铁素体的长大速率,增加铁素体的形核率,因而最终所得到的铁素体晶粒尺寸也较小,造成钢卷头尾的屈服强度和抗拉强度比中部高。(2铁素体基体中位错密度的影响。卷取过程中,钢卷内外圈温降比中部快,原子扩散速度和位错运动减弱,使位错密度降低减慢,造成此阶段内外圈位错密度的降低不如中部带钢显著,由于位错的强化作用,使得内外圈的强度、硬度比中部要高,而塑性却有所降低。(3铁素体基体中碳的扩散及碳化物析出的影响。含钛IF 钢

10、中碳含量很低,TiC 主要在热轧后急冷过程中和卷取过程中在铁素体区位错及亚晶界上形成,其尺寸细小(一般小于30m ,分布稠密。带钢卷取时头尾冷却速度较快,渗碳体的增长与聚集受到限制,使组织中的渗碳体较细小且分布均匀。再者,碳在铁素体中的溶解度随温度的降低而迅速降低,快速冷却使碳的扩散作用减弱,渗碳体析出较少,且分散游离,则固溶碳不能完全析出,而以固溶状态冷却下来,产生固溶强化。从而使钢卷头尾比中部强度高,而伸长率低。212X 65钢带的性能及分析选择一炉化学成分如表3所示、规格为1013mm ×1450mm 、卷取时采用常规冷却方式的X65热轧带钢,分析其头、中、尾的屈服强度s 、抗

11、拉强度b 和伸长率5。取样位置为:纵向分别离尾部0、5、10、15、20m ,横向在钢板宽度方向1/4处。用拉伸试验机测试的结果见表4。由表4可见,卷取温度控制采用常规冷却方式的X65管线钢成品,钢卷尾部与中部的性能表3试验用X 65钢的化学成分wt %C Si Mn P S Ni Al N Nb Ti V 010701231138010130100201101040100570105010210104752第24卷第1期赵迪等:本钢热轧带钢卷取温度优化研究表4X65钢试样不同部位的力学性能取样部位/m(距尾部也存在差异,尾部塑性较低。这主要是由于卷取时钢卷尾部温降较中部快,导致铁素体晶粒尺寸

12、减小,组织中M/A岛的体积分数增多。M/A 是脆性组成物,其数量的增多对带钢韧性不利。综上所述,管线钢热轧卷常规冷却时,由于头尾的冷却速度较快,导致其铁素体晶粒减小, M/A岛的体积分数增多,使得强度增加,韧性下降。采用凹型冷却工艺,由于头尾卷取温度提高,相应减缓了带钢首尾在高温区的冷却速度,延长了相变前奥氏体在高温区的停留时间,并提高了奥氏体分解的平均温度,直接导致相变后铁素体晶粒变粗,M/A岛的体积分数减少,晶粒均匀,提高了带钢头尾的塑性,使整卷带钢性能趋于一致。3凹型冷却试验为了降低卷取后不均匀冷却引起的带钢头、中、尾力学性能波动,在热轧厂进行了带钢头尾温度补偿凹型冷却试验,即提高钢卷头

13、尾的卷取温度,延长相变前奥氏体在高温区的停留时间,并提高奥氏体分解的平均温度,使相变后铁素体晶粒变粗,还可使管线钢组织中M/A岛的体积分数减少,提高带钢头尾的塑性,使整卷带钢性能趋于一致。由表5热轧带钢在凹型和非凹型冷却控制下的力学性能对比可看出,采用凹型冷却时带钢力学性能的均匀性得到改善。与不采用凹型冷却相比,St14钢带头部的屈服强度和抗拉强度与中部偏差不大于20M Pa,伸长率偏差降低到3%以内;X65钢带头尾强度与中部的偏差最好时可控制在15M Pa之内,伸长率偏差可控制在2%之内。由于受冶炼成分偏析、冷却水、冷却水嘴、设备老化、信号跟踪设备工作环境及使用周期、操作水平等因素的影响,带钢头尾强度偏差会有波动,但强度偏差在25M Pa之内、伸长率偏差在3%之内。表5St14、X65热轧带钢在凹型和非凹型冷却方式下的力学性能对比4结语热轧带钢卷取以后的冷却速度对于带钢的显微组织与性能有着极其重要的影响,其实质是通过对相变产物和析出物存在形式及分布特征产生影响来起作用的。卷取过程中,由于钢卷内外圈与芯部的冷却速度不同,导致带钢头尾强度高,塑性低。采用凹型冷却方式可降低带钢头尾性能偏差,提高热轧带钢性能的通卷稳定性,从而提高整个钢卷冲压成型的成材率。由于受化学成分偏析、模型控制精度、跟踪设备能力及试验