正火厚板轧制工艺研究

吴 静 刘艳玲 范志永 白锦函

(安阳钢铁集团有限公司)

正火厚板轧制工艺研究

吴 静 刘艳玲 范志永 白锦函

(安阳钢铁集团有限公司)

对厚板不同轧制工艺正火后性能的影响进行了分析研究。结果表明厚规格的碳素结构钢、低合金结构钢不同的轧制工艺对正火后性能影响不大。正火状态交货的钢板采用普通热轧工艺生产是一种更为经济合理的生产方式。

厚板 轧制工艺 正火 性能

0 前言

安钢第二炼轧厂的 150 t转炉—3250 mm宽板坯连铸机—3500 mm炉卷轧机生产线于 2005年 10月投产,产品的主要规格范围为 4.5～100 mm。由于该生产线的铸坯厚度只有 150 mm,在生产 50 mm以上厚规格钢板时,受到总压缩比的限制,即使采用了严格的控制轧制工艺,力学性能也难以达到标准的要求。2009年引进德国LO I公司辊底式无氧化热处理炉,具备了对钢板进行正火和回火处理的生产能力,也为厚规格钢板保性能提供了新的技术手段。笔者针对厚板轧制工艺进行了一些试验研究,以期摸索出一种更为经济合理的厚规格钢板生产工艺。

1 工艺路线

试验钢种为Q235B和 Q345B,具体牌号和化学成分见表 1。试验钢的厚度规格为 60mm,工艺路线为:转炉冶炼→LF精炼→宽板坯连铸→板坯加热→轧制→正火。

表1 试验钢的化学成分 %

2 工艺试验

本次试验设计了两种轧制工艺:一是采用尽可能大的单道次压下率和尽可能少的轧制道次的再结晶控轧工艺[1](以下简称热轧),二是正常的两阶段控制轧制工艺(以下简称控轧),具体轧制工艺见表 2。

表2 轧制工艺

正火工艺:将试验钢板在辊底式无氧化热处理炉内在大于 880℃以上温度进行正火处理,在炉时间大于 60 min。

3 试验结果及分析

对厚规格钢板主要进行了轧制和正火处理后的拉伸性能、系列温度冲击性能、显微组织的对比分析。

3.1 轧态性能与组织

3.1.1 轧态性能

不同轧制工艺钢板的性能具体见表 3,试样采用保留中心、双边减薄的加工方式。

表3 试验钢板轧态性能

由表 3可知,试验钢的强度均符合 GB/T 912和 GB/T 1591的要求,但富余量较小。采用控轧轧制工艺生产的钢板其屈服强度高于热轧工艺生产的钢板、延伸率略高于热轧工艺生产的钢板,抗拉强度相差不大,-20℃、-40℃、-60℃冲击功高于热轧工艺生产的钢板。

3.1.2 轧态金相组织

不同轧制工艺的金相组织如图 1所示,组织晶粒度对比见表 4。

图1 Q235和 Q345轧态金相组织

表4 轧态晶粒度

由图 1和表 4可以看出,采用控轧工艺生产的钢板晶粒较细小,晶粒度级别高于热轧工艺生产的钢板,大约高 0.5～1级。

Q235钢没有加 Nb,其再结晶终止温度低于 850℃,而相变开始温度高于 750℃,未再结晶区温度范围较窄,不适于进行再结晶和未再结晶的两阶段控轧,该钢种两种轧制工艺都属于再结晶型轧制。Q345钢由于加入一定量的 Nb,其再结晶终止温度提高到 950℃左右。高温终轧由于终轧温度较高,轧制结束时再结晶奥氏体晶粒很快长大,导致相变后铁素体晶粒较大。低温终轧时,Q235再结晶奥氏体晶粒长大较慢,Q345再结晶奥氏体晶粒被压扁,晶粒内产生较多变形带并成为铁素体晶粒形核点,使得低温终轧后两个钢种的铁素体晶粒均小于高温终轧,性能也就差于高温终轧。

3.2 正火后组织与性能

3.2.1正火后性能

控制轧制和一般热轧的钢板,在同一正火工艺处理后的力学性能数据见表 5。拉伸试样采用保留中心、双边减薄至 30 mm加工而成。

表5 正火后性能

由表 5可以看出,采用不同轧制工艺生产的钢板,经过正火处理后,屈服强度明显提高,抗拉强度变化较小。正火处理对冲击韧性也有一定的影响,-40℃以上温度的冲击性能影响不大,但 -60℃的冲击性能得到了明显改善。

3.2.2 正火后金相组织

不同轧制工艺钢板正火后的组织晶粒度对比见表 6,金相组织如图 2所示。

表6 正火态晶粒度对比

图2 Q235和 Q345正火态金相组织

由表 6和图 2可知,虽然采用不同轧制工艺生产钢板的晶粒度有很大差别,但经过正火处理后,晶粒得到细化,且分布均匀,晶粒度差别小于 0.5级。

钢板通过正火处理时,珠光体加热到 AC1以上,由于相界面上原子排列不规则,处于很高的能量状态,具备形核所需的结构起伏和能量起伏,因此在铁素体和渗碳体的相界面上奥氏体优先形核。形核之后在奥氏体和铁素体内部出现浓度差,为维持界面浓度平衡,通过碳原子扩散,渗碳体溶解,α→γ点阵重构的反复,奥氏体逐渐长大、铁素体消失。在此过程中随着保温时间的延长,残余渗碳体完全溶入奥氏体后,奥氏体中碳浓度仍不均匀,再次通过碳原子的扩散获得均匀的奥氏体[2]。因此,通过不同轧制工艺生产的钢板通过正火处理后,都会得到均匀、细化的奥氏体组织,基本消除了轧态异常组织。随后的空冷相变过程当中会得到细小的晶粒,其分布均匀,控轧态晶粒略细于热轧态,但相差不大,性能也没有明显差异。

4 结论

1)采用控制轧制工艺生产的钢板的轧态拉伸性能和冲击性能明显高于热轧工艺生产的钢板。

2)热轧工艺和控轧工艺生产的钢板经正火处理后的性能和组织没有明显差异,并明显的降低了脆性转变温度。

3)钢板采用一般热轧工艺生产时,机时产量相对提高了 57%,大大提高了生产效率并减轻了轧机负荷。

4)对正火钢来说,在保证钢板质量和性能的前提下,采用热轧工艺更为经济合理。

[1] 王友明,李曼云,韦光.钢材的控制轧制和控制冷却.北京:冶金工业出版社,1995:38.

[2] 宋维锡,金属学.北京:冶金工业出版社,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