正火厚板軋制工藝研究

吳 靜 劉艷玲 范志永 白錦函

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限公司)

正火厚板軋制工藝研究

吳 靜 劉艷玲 范志永 白錦函

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限公司)

對厚板不同軋制工藝正火后性能的影響進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明厚規(guī)格的碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼不同的軋制工藝對正火后性能影響不大。正火狀態(tài)交貨的鋼板采用普通熱軋工藝生產(chǎn)是一種更為經(jīng)濟(jì)合理的生產(chǎn)方式。

厚板 軋制工藝 正火 性能

0 前言

安鋼第二煉軋廠的 150 t轉(zhuǎn)爐—3250 mm寬板坯連鑄機(jī)—3500 mm爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線于 2005年 10月投產(chǎn),產(chǎn)品的主要規(guī)格范圍為 4.5～100 mm。由于該生產(chǎn)線的鑄坯厚度只有 150 mm,在生產(chǎn) 50 mm以上厚規(guī)格鋼板時,受到總壓縮比的限制,即使采用了嚴(yán)格的控制軋制工藝,力學(xué)性能也難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。2009年引進(jìn)德國LO I公司輥底式無氧化熱處理爐,具備了對鋼板進(jìn)行正火和回火處理的生產(chǎn)能力,也為厚規(guī)格鋼板保性能提供了新的技術(shù)手段。筆者針對厚板軋制工藝進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究,以期摸索出一種更為經(jīng)濟(jì)合理的厚規(guī)格鋼板生產(chǎn)工藝。

1 工藝路線

試驗(yàn)鋼種為Q235B和 Q345B,具體牌號和化學(xué)成分見表 1。試驗(yàn)鋼的厚度規(guī)格為 60mm,工藝路線為:轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→寬板坯連鑄→板坯加熱→軋制→正火。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分 %

2 工藝試驗(yàn)

本次試驗(yàn)設(shè)計了兩種軋制工藝:一是采用盡可能大的單道次壓下率和盡可能少的軋制道次的再結(jié)晶控軋工藝[1](以下簡稱熱軋),二是正常的兩階段控制軋制工藝(以下簡稱控軋),具體軋制工藝見表 2。

表2 軋制工藝

正火工藝:將試驗(yàn)鋼板在輥底式無氧化熱處理爐內(nèi)在大于 880℃以上溫度進(jìn)行正火處理,在爐時間大于 60 min。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對厚規(guī)格鋼板主要進(jìn)行了軋制和正火處理后的拉伸性能、系列溫度沖擊性能、顯微組織的對比分析。

3.1 軋態(tài)性能與組織

3.1.1 軋態(tài)性能

不同軋制工藝鋼板的性能具體見表 3,試樣采用保留中心、雙邊減薄的加工方式。

表3 試驗(yàn)鋼板軋態(tài)性能

由表 3可知,試驗(yàn)鋼的強(qiáng)度均符合 GB/T 912和 GB/T 1591的要求,但富余量較小。采用控軋軋制工藝生產(chǎn)的鋼板其屈服強(qiáng)度高于熱軋工藝生產(chǎn)的鋼板、延伸率略高于熱軋工藝生產(chǎn)的鋼板,抗拉強(qiáng)度相差不大,-20℃、-40℃、-60℃沖擊功高于熱軋工藝生產(chǎn)的鋼板。

3.1.2 軋態(tài)金相組織

不同軋制工藝的金相組織如圖 1所示,組織晶粒度對比見表 4。

圖1 Q235和 Q345軋態(tài)金相組織

表4 軋態(tài)晶粒度

由圖 1和表 4可以看出,采用控軋工藝生產(chǎn)的鋼板晶粒較細(xì)小,晶粒度級別高于熱軋工藝生產(chǎn)的鋼板,大約高 0.5～1級。

Q235鋼沒有加 Nb,其再結(jié)晶終止溫度低于 850℃,而相變開始溫度高于 750℃,未再結(jié)晶區(qū)溫度范圍較窄,不適于進(jìn)行再結(jié)晶和未再結(jié)晶的兩階段控軋,該鋼種兩種軋制工藝都屬于再結(jié)晶型軋制。Q345鋼由于加入一定量的 Nb,其再結(jié)晶終止溫度提高到 950℃左右。高溫終軋由于終軋溫度較高,軋制結(jié)束時再結(jié)晶奧氏體晶粒很快長大,導(dǎo)致相變后鐵素體晶粒較大。低溫終軋時,Q235再結(jié)晶奧氏體晶粒長大較慢,Q345再結(jié)晶奧氏體晶粒被壓扁,晶粒內(nèi)產(chǎn)生較多變形帶并成為鐵素體晶粒形核點(diǎn),使得低溫終軋后兩個鋼種的鐵素體晶粒均小于高溫終軋,性能也就差于高溫終軋。

3.2 正火后組織與性能

3.2.1正火后性能

控制軋制和一般熱軋的鋼板,在同一正火工藝處理后的力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表 5。拉伸試樣采用保留中心、雙邊減薄至 30 mm加工而成。

表5 正火后性能

由表 5可以看出,采用不同軋制工藝生產(chǎn)的鋼板,經(jīng)過正火處理后,屈服強(qiáng)度明顯提高,抗拉強(qiáng)度變化較小。正火處理對沖擊韌性也有一定的影響,-40℃以上溫度的沖擊性能影響不大,但 -60℃的沖擊性能得到了明顯改善。

3.2.2 正火后金相組織

不同軋制工藝鋼板正火后的組織晶粒度對比見表 6,金相組織如圖 2所示。

表6 正火態(tài)晶粒度對比

圖2 Q235和 Q345正火態(tài)金相組織

由表 6和圖 2可知,雖然采用不同軋制工藝生產(chǎn)鋼板的晶粒度有很大差別,但經(jīng)過正火處理后,晶粒得到細(xì)化,且分布均勻,晶粒度差別小于 0.5級。

鋼板通過正火處理時,珠光體加熱到 AC1以上,由于相界面上原子排列不規(guī)則,處于很高的能量狀態(tài),具備形核所需的結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏,因此在鐵素體和滲碳體的相界面上奧氏體優(yōu)先形核。形核之后在奧氏體和鐵素體內(nèi)部出現(xiàn)濃度差,為維持界面濃度平衡,通過碳原子擴(kuò)散,滲碳體溶解,α→γ點(diǎn)陣重構(gòu)的反復(fù),奧氏體逐漸長大、鐵素體消失。在此過程中隨著保溫時間的延長,殘余滲碳體完全溶入奧氏體后,奧氏體中碳濃度仍不均勻,再次通過碳原子的擴(kuò)散獲得均勻的奧氏體[2]。因此,通過不同軋制工藝生產(chǎn)的鋼板通過正火處理后,都會得到均勻、細(xì)化的奧氏體組織,基本消除了軋態(tài)異常組織。隨后的空冷相變過程當(dāng)中會得到細(xì)小的晶粒,其分布均勻,控軋態(tài)晶粒略細(xì)于熱軋態(tài),但相差不大,性能也沒有明顯差異。

4 結(jié)論

1)采用控制軋制工藝生產(chǎn)的鋼板的軋態(tài)拉伸性能和沖擊性能明顯高于熱軋工藝生產(chǎn)的鋼板。

2)熱軋工藝和控軋工藝生產(chǎn)的鋼板經(jīng)正火處理后的性能和組織沒有明顯差異,并明顯的降低了脆性轉(zhuǎn)變溫度。

3)鋼板采用一般熱軋工藝生產(chǎn)時,機(jī)時產(chǎn)量相對提高了 57%,大大提高了生產(chǎn)效率并減輕了軋機(jī)負(fù)荷。

4)對正火鋼來說,在保證鋼板質(zhì)量和性能的前提下,采用熱軋工藝更為經(jīng)濟(jì)合理。

[1] 王友明,李曼云,韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻.北京:冶金工業(yè)出版社,1995:38.

[2] 宋維錫,金屬學(xué).北京:冶金工業(yè)出版社,1989:320.

RESEARCH ON ROLL ING PROCESS FOR NORMAL IZED HEAVY PLATE

Wu Jing Liu Yanling Fan Zhiyong Bai Jinhan(Anyang lron&Steel Group Co.,Ltd)

The paper analyses and researches the effect of different rolled processes on property after normalizing for heavy plate.Result shown little influence for heavy carbon constructional steel and low-alloy structural steel.It ismore economic and reasonable for steel supplied under nor malizing condition to adopt common hot rolling process.

heavy plate rolling process normalizing propertyt

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:2010—12—18