控轧WDB620新线生产工艺研究_宽厚板_2010tr.pdf

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1、第 1 6卷筇 1 期 2 0 1 0年 2月 宽厚 板 WI DE AND I EAVY PL ATE V0 1 1 6No 1 F e b r u a r y 2 01 09 生产 实践 控轧 WDB 6 2 0新线生产工艺研究 叶建军 崔强 张规华(舞阳钢铁有限责任公司)摘要先后在新线进行了多轮次工艺试验和工艺改进，根据新线装备条件在短时间内确定了新线工艺，取得 良好 的效果，性 能合格率达 到较好 水平。关键词 工艺确定 工艺试验分析改进 S t u d y o n Co n t r o l l e d Ro l l i n g Pr o c e s s o f W DB6 2 0 P

2、l a t e Y e J i a n j u n，C u i Q i a n g a n d Z h a n g G u i h u a (Wu y a n g I r o n a n d S t e e l C o L t d)Abs t r ac t Ma n y t e c h n o l o g i c a l t e s t s a n d p r o c e s s i mp r o v e me nt t e s t s ha v e be e n i mp l e me n t e d i n t he n e w p r o du c t i on l i ne Pr o

3、c e s s f o r 1 e w p r o du c t i o n l i n e h a s be e n d e t e r mi n e d i n a s ho r t t i me a cc o r di n g t o t he a c t u a l e qu i pme nt c o nd i t i o ns Go o d r es u l t ha s be e n o bt a i n e d wi t h be t t er c o n f o r ma nc e r a t i o o f me c h a n i c al pr o pe r t i es

4、 Ke y wo r d s P I O C e S S d e t e r mi n a t i o n，T e c h n o l o g i c al t e s t s，A n aly s i s a n d i mp r o v e me n t 0前言 舞钢公 司 自2 0 0 3年批 量生产压 力钢管用低 焊接裂纹敏感性高强钢 WD B 6 2 0以来，由于设备 能力不足和工艺执行复杂等问题，性能合格率始 终很低，达不 到性能合格率 9 2 的要求。为此，新线 建 成 投 产 后，开 始 在 新 线 进 行 控 轧 型 WD B 6 2 0(5 0 mlT 1)钢板的试生产，旨在

5、摸索控轧 型 WD B 6 2 0在新线的生 产工艺，提 高工艺 的适应 性，减少操 作的复杂程 度，提高 钢板的性能合格 率。先后在新线进行 了多轮次工艺试验 和工艺改 进，在短 时间内确定 了新线工艺，取得 良好效果，性能合格率达到了 9 5 0 3 的最好水平。1工艺 制订 WD B 6 2 0属低 C贝氏体高强钢，在老线 生产 成分设计的前提下，该钢对加热、轧制规程和轧后 A C C冷却均有较 高要求。新线 四辊轧 机最大轧 制压力达 8 6 0 0 0 k N，3 0 5 0 m m厚钢板最大水冷 速度达 2 0 s，较老线均有较大提高。因此工艺 总体设计 与老线相比重点做了以下调整

6、。1 1 冶炼采用 T i 脱 O工艺，利用高温形成微细 的 T i：O，质点增加对 晶界的钉扎作用，减弱钢板 焊接热影响区再热循环品界粗化，提高可焊性。1 2 根据低 c贝氏体钢的特性，优化成分，对于 3 5 m m厚钢板进行去 B、N i、V试验。1 3 轧制规程不再采用 型控轧，改用 型控轧 工艺，提高再结晶区和非再结 晶区轧制道次压下 量，细化 晶粒，从而放宽对 阶段开轧温 度的限 制，减少等温时间。1 4 简化生产工艺，进行轧后堆垛缓冷替代轧后 回火热处理工艺。1 5 研究钢 中 B元 素对 冲击 韧性的影响，同时 进行厚板去 B、加 C r 试验和其它工艺改进试验。2 工 艺试 验

7、 新线试轧首先 围绕改进工艺进行，轧制工艺 全部采用 型控轧，重点进行了厚度 3 5 m i l l 以上 钢板的工艺试验，在工艺试验 的同时穿插进行 了 成分调整试验，先后试验 了含 B、不含 B、去 B加 l O 宽厚板 第 1 6卷 C r+三种成分，试验的 目的是提高钢板 一2 O 低温冲击韧性，争取做到 5 0 mm钢板热轧态 和 回火态 一 2 O冲击功均匀稳定，成分调整主要是 围绕 B对钢板低温冲击韧性的影响进行的。2 1 试验成分 WD B 6 2 0钢的试验成分见表 1。表 1 钢试验成分 2 2 具体工艺试验 2 2 1 第 1阶段 试轧 规格 3 0 m m、4 0 m

8、m、4 6 mm，坯 厚 2 5 0 mm。成分为老线成分。试验 目的：采用老线的成 分和坯料，初 步试 验 新 线 设 备能力 和效果。工 艺特点：阶段开轧温度 8 7 0，晾钢厚度 2 5 3 T；终冷温度2 2 s、3 0 mm、4 0 h i m堆垛，4 6 m m未堆垛。结果：3 0 1 T i m、4 0 m m 强度超标，一2 0冲击不均匀；4 6 m m强度 6 9 0 M P a，热轧态 一2 0、一 4 0 冲击合格，回火态 一4 0冲击不合格。原 因分析：含 B钢组织 中的 粗大粒贝影响控轧态和回火态韧性。2 2 2 第 2阶段 试轧规格 2 8 mm、4 6 m m、4

9、 8 m m，坯 厚 3 0 0 m m。试验 目的：针对老线成分强度偏高，韧性低，且回火后韧性恶化，强韧性匹配不合理，决定不加 B冶炼两炉，其中一炉加入 N i，以便做对比。采 用两种轧制冷却工艺，一种为：阶段开轧温度 8 6 0 q C，晾钢厚度 2 53 T；终冷温度 5 3 0 o C，冷速 2 5 s。其结果是最高强度 6 0 5 M P a，控轧 态 一 6 0冲击 2 5 0 J以上，回火态强韧性无变化；另一种为：轧制温度提高 3 O，其它工艺不变，其 结果是最高强度 6 2 0 M P a，热轧态 6 0冲击 2 5 0 J 以上，回火态强韧性无变化。含 M 对韧性 改善不明显

10、。原 因分析：无 B成分组织转变中生 成大量铁素体，即使调整终轧温度和回火处理也 不能提高强度指标。2 2 3 第 3阶段 试轧规格 3 0 mm、4 0 m m，坯厚 2 0 0 mm，成分：含 B或含 B+V。试验 目的：针对第 二轮去 B试 验钢板的强度指标不 能满足标准要求，决定少量 添加 B，且其中一炉加入适量 V，以便对比。工艺 第 1 期 叶建军等：控轧WD B 6 2 0 新线生产工艺研究 特 点：阶 段 开 轧 温 度 8 8 0，晾 钢 厚 度 2 5 3 T；终冷 温度 5 3 0 o C，冷速 2 5 s。结 果：强度 偏 高但合 格，热 轧态 3 0 m m 厚板一2

11、 0 、一4 O 冲击合格；4 0 m m厚板，一2 O c C冲击合 格，回火态 3 0 m m厚板 一2 0冲击合 格，4 0 m m 厚板不合格。2 0 mm、4 0 mm、4 6 mm厚度含 B+V 钢板，阶段开轧温度8 1 0 q C，晾钢厚度 2 5 3 T；终冷温度 5 8 0，冷速 61 0 s。结果：强 度适中，热轧态 2 0 m i l l 厚板 一 4 0冲击较 高，4 0 m l 1 厚板 一2 0冲击不合格。原 因分析：阶段 开轧温度不是影响冲击的主要 因素，原料坯厚小，I 阶段变形量不足是影响冲击的主要 因素。2 2 4 第 4阶段 试轧规格 4 4 m m，坯厚

12、3 0 0 m m，成分为含 B 或去 B加入适量 C r、N i、V。试验 目的：在无 B钢 的试验基础上，增加强化组分，提高强度指标。工 艺特点：阶段开轧温度 8 5 0 ，晾钢厚度 2 5 3 T；终冷温度 5 0 ，第 阶段压下量 i6 0 时，即 可保证控轧板强度适 中，一 2 0冲击功均匀稳定 且均值 2 0 0 J，从 而大 大提 高 了原 料的适用 范 围。2 0 0 mm连铸坯轧制 3 5 f i l m钢板的典 型实 物性能见表 2。表 2 钢板部分 实物性 能 3 3 无 B无 c r 钢轧制的 3 5 1 i m 以下钢板，冲击 虽可达到 一6 0均值 2 0 0 J，

13、但强度始终难以达 到 6 2 0 M P a以上，金相组织观察该成分钢板的典 型组织为 9 5 P F+5 P，铁 素体 的晶粒度 为 1 1 1 2级，由此可见无 B钢 冲击韧性的改善是 由于 组织中大量 P F的生成，以及无 B硬化第二相数 量减少共 同作用的结果，这也是 这种成分 的钢板 在回火之后强度和冲击功不发生变化 的原因。3 4 3 5 m m 以上 规 格 含 B(0 7 3 0 5 5 2 0 N o)和 无 B +c r+N i(0 7 3 0 5 5 2 1 N o)钢采用 型控 轧工艺，具 体工艺 见表 3、性能结果见表 4。从表 3、表4可看 出含 B钢 0 ：冲击功

14、均在 2 6 0 J以上，一2 0冲 1 2 宽厚板 第 l 6卷 击 仍不稳定；无B+c r+N i 钢热轧态强度适 中，0 cI=冲击功均在 2 0 0 J 以上，且 一 2 0冲击稳定。表3 3 5 mm以上规格控轧工艺 表 4 3 S mm 以上控 轧性 能结果 3 5 轧后堆垛缓冷与不堆垛相 比，钢板的性能无 明显差别(可能与每次所轧块数较少有关)，但 3 5 n l r n以上厚度钢板下冷床仍执行单块平铺晾钢。4问题讨 论 4 1 控轧工艺对冲击韧性的影响 采用 型控轧和型控轧对钢冲击韧性的影 响不明显，两种轧制方式的最 大区别是 型控轧 在 未再结晶区和所渭的“两相 区”进行两次

15、轧 制，而 型控轧则在 y 未再晶区终轧至结束。对 于含 B低碳 贝氏体钢而言，其含 B约 0 0 0 1 一 0 0 0 2 时，由于 B在变形 y区晶界的强烈偏 聚阻止了 F的形核长大，在轧制空冷过程 中很难 生成 F，从含 B钢全厚度金相分析中也很难发现 F的存在。因此实际上就不存在两相区轧制的可 能，即两种方式均是在 未再 晶区轧制，只是 型控轧多了一个在 未再 晶区下沿轧制 的过程，这也是对冲击韧性影响不明显的原因所在。4 2 形变量对冲击韧性的影响 对于厚 度 3 5 m m钢板，无论采用 2 0 0 m m 铸坯还是 3 0 0 m m铸坯，低温冲击韧性均可达到 1 5 0 J以

16、上，但采用 3 0 0 m l T l 铸坯轧制的钢板低温 韧性 明显优于 2 0 0 m m铸坯，主要是 闵为大变形 时，晶粒细化充分，变形带增加，位错数量增加，增大了晶内形核和相变 B形核数量，相变后组织 均匀 J，从而提高了低温冲击韧性。考虑到总压缩 比和保证控轧各阶段变形量的 要求，3 5 IT I IT I 以上要求 一2 0冲击韧性的钢板应 采用 2 6 0 m m 以上连铸坯生产，以确保 高温再结 晶区变形 7 0 以上，非再结晶区轧制变形 6 0 以 上。4 3 不同成分对冲击韧性的影响 采用含 B成分生产厚度 3 5 m m钢板的0 o C 冲击较高，但热轧态 一2 0冲击和

17、回火后 0 c C冲 击不稳定，这是因厚 板沿厚度方向上冷却速度降 低，而且 B元素在高温态阻止 了过 冷 分解，增 大了过冷 的稳定性，增大 了粒贝组 织的数量，并且影响了粒 贝上的 M A的大小、形状、数量、分 布等特性，从而影响冲击韧性。而对低 c贝 氏体 钢，低温冲击韧性主要 由贝氏体铁素体上分布的 MA的特性 和贝 氏体板条束 宽度两个 因素决定 的。贝氏体板条束宽度的影响在光镜和扫描 电镜 下是无法分辨 的，但可借助光镜下 M A的分布形 态来判断 J，对 WD B 6 2 0 钢冲击的影响从电镜中 观察后认为改变和控制粒 贝上 的 M A的大小、形 状、数量、分布 即可达 到控制

18、冲击韧性 的目的，改 第 1 期 叶建军等：控轧WD B 6 2 0 新线生产工艺研究 l 3 善 M A特性 的同时贝氏体板条束尺寸也可得到改 善。采用无 B加 C r、N i 生产厚度大于 3 5 m m厚 板，组织分析热轧态为 B+F，F呈等轴状，沿 晶 界呈网状析出，包围 转变成 的粒贝组织，粒 贝 中 M A相数量、大小、分 布明显较含 B钢减少，因 此 冲击韧性 大大 改善。但 在该低 C成 分下，A r 升高 ，轧制 中 8 2 0即生成等轴 F，强度难 以保 证，因此必须通过强冷来改善。4 4 B元素对冲击韧性 的影 响 B元素对低碳贝氏体钢低温冲击韧性 的影响 在文献 中鲜有

19、分析，但从新线的生产实践中看出：即使含 B钢 2 8 m m、3 2 m m钢板的冲击 韧性 达到 3 0 0 J以上，厚板冲击韧性不高 的原 因与钢 中是否 含 B有一定 的关系，尤其是是含 B对 稳定性 和相变后 MA特性的影响。而厚板与薄板 的最大 区别是晶粒细化程度和冷速 的不 同，正是这 两点 的不同造 成 了粒 B组 织 中 M A 的大小、形 状、数 量、分布差异，而并非仅是 B元 素相变时在 晶 界偏聚的影 响。这也是 低 C贝氏体钢连 续冷却 组织转变的特性之一。4 5 设备能力对 冲击韧性的影响 相关文献提 出，当低 碳贝氏体钢冷却速率 2 0 s 时，冲击韧性可大大改善。

20、但舞钢新线 M U L P I C中的 D Q冷却水在试制过程 中常不能正 常使用，影响到冷却工艺参数的执行，尤其对厚板 冷却效果影响较大，表现为实际出水返红温度与 设定温度差约 6 O一8 O，上下表温差加大，得不 到预期的组织，而且沿厚度方 向组织不均匀，影响 冲击韧性的提高。5轧制 工艺 的确 定 5 1 成分选择 经实验证 明厚度 3 5 mm含 B钢在合理 的 加热、轧制及 水冷制 度下，能够 进行合理 的低 C 贝氏体组织控制，钢板性能稳定，且该成分在原成 分的基础上取消 了 N i、V的加入，达到 了降低成 本的要求，因此该厚度规格钢板选择含 B成分。厚度 3 5 mm厚钢板采用

21、无 B+C r+N i+V 成分，通过优化组织，生 成一定数量 的 F相来提 高冲击韧性。最终成分确定见表 5。表 5 厚度 3 5 n l l n钢最终成 分 5 2轧制规程 坯料厚度 2 0 0 m m，采用 型控 轧，与老线 相 比，提高终轧温度约 3 0，具体轧制工艺参数 见表 6。5 3 水冷工艺 水冷工艺执行见表 7。6大 生产 验证 工 艺确定后进行 了WD B 6 2 0 的批量生产，共 表 6 坯料厚度2 0 0 mm 轧制工艺参数 1 4 宽厚板 第 1 6卷 表7 水冷工艺 生产检验 8 7 3 批，初验合格8 3 0 批，初验性能合格 率 9 5 0 3 ，其中 3 5

22、 m m钢板生产检验 7 2 6批，初验合格 6 9 2批，初验性能合格率 9 5 3 ，3 5 5 0 m m钢板生产检验 1 4 7批，初验合格 1 3 9批，初验性能合格率 9 4 5 5，均较工艺改进前有大 幅度提高。部分钢板性能检验结果见表8。表 8 钢 板性 能检验结果 7 结论 新线 WD B 6 2 0已基本 实现 了发挥新 线设备 能力，简化生产工艺、改 型控轧为 型控轧、扩 大工艺范围，控轧生产厚度达到 5 0 m m；取消合金、V加人，降低生产成本，吨钢节约成本 8 0 0元 以上；实现了改善钢板不平度，消除板型瓢曲等转 产 目标。参考文献 1 翁宇庆 超细晶钢 冶金工业出版社 2 刘云旭 金属热处理原理 机 械工业 出版社 3 贺信 莱，等 高性能低碳贝氏体钢 冶金工业出版社 叶建 军，男，1 9 9 2年毕业于北京科技大学压力加工专业，硕士研究生，高级工程师。收稿 日期：2 0 0 91 2 2 0