一种提高特厚板心部质量和探伤合格率的方法

技术领域

本发明属于冶金行业的钢铁轧制技术领域，涉及一种基于道次间在线即时冷系统提高特厚板心部质量和探伤合格率的方法。

背景技术

近年来，随着我国交通运输、石油化工、重型机械、海洋工程、核电军工等行业的技术进步和迅猛发展，对钢铁产品的质量、性能、规格及尺寸等提出了更高的技术要求。然而，当前国内特厚板生产依然面生产效率低、性能稳定性差、品质均匀性差等生产技术问题。

特厚板传统轧制工艺通过增大道次压下率来提高心部质量，但随着特厚板厚度的不断增加，连铸坯在轧制过程中内部变形和冷却条件明显恶化，导致板坯内部缩孔、疏松等缺陷愈加严重。在压缩比不足的情况下，特厚板内部缺陷在轧制过程中难以有效消除，从而影响最终产品使用性能。因此，提出创新技术改进生产工艺是解决特厚板生产难点问题的关键。

中国专利CN101773931A“一种真空复合轧制特厚板的方法”，中国专利CN102009332A“一种叠轧焊工艺生产特厚板的方法”，以及中国专利CN101439348A“一种生产特厚板的工艺方法”等多项专利提出了多块连铸坯通过焊接进行复合轧制的方法生产特厚板，上述方法可以有效解决特厚板生产所需的大压缩比问题，但由于不是采用有单块连铸坯作为原始坯料，工艺过程较为复杂，且依然存在特厚心部变形不均的情况。

中国专利CN 103111464A“一种特厚板制造方法”介绍了一种利用表面强制冷却方式轧制特厚板的方法，而该方法采用的是将钢板运输到轧后的冷却区进行，并非采用轧机附近的在线即时冷却装置，由于输运距离远，钢板温度难以精确控制，且不涉及在线即时冷系统的工艺控制问题。

中国专利CN105032958A“应用道次间冷却工艺控制轧制的即时冷却系统及冷却方法”提出了一种应用于中厚板生产的道次间冷却工艺设备。该专利主要集中于即时冷系统的机械设计、装置结构和生产布置等方面的介绍，并提出采用190mm连铸坯生产厚板的生产实例，但是对于采用200mm厚以上连铸坯生产特厚板的具体工艺并未提及，且缺失对于关键冷却工艺参数的控制方法。

实际上，采用道次间冷却技术生产特厚板需要综合考虑诸多工艺参数的控制问题，才能合理制定轧制和冷却规程改善钢板性能，这其中包括钢板表面初始冷却温度、冷却返红温度、上下冷却水比、集管冷却水量、辊道速度和道次压下率等关键技术参数的控制，以及如何避免钢板头尾部过冷和防止钢板瓢曲的有效措施。

发明内容

本发明是一种提高特厚板心部质量和探伤合格率的方法，利用在线即时冷却装备在特厚板轧制过程中进行道次间冷却工艺控制，提出一系列关键技术参数的调控方式以及避免头尾过冷和防止板型瓢曲的有效手段，从而改善特厚板内部组织，提高产品性能级别。

具体技术方案为：

一种提高特厚板心部质量和探伤合格率的方法，包括钢板表面温度、上下冷却水比、冷却水量、辊道速度和道次压下率等关键技术参数的控制方法，以及如何避免钢板头尾部过冷和防止钢板瓢曲的有效措施。

采用大于200mm厚的连铸坯生产特厚板，在连铸坯不转钢或者转钢结束进入纵轧阶段时，在轧制间隙利用进入轧机前设置的即时冷系统进行一道次或多道次在线冷却，并非轧后冷却装置。以达到最佳冷却效果。

所述特厚板冷却初始的表面温度为850～1000℃，冷却结束后的表面温度控制在750～900℃；进入即时冷系统冷却区的辊速为2～6m/s，冷却区内的辊速为1～3m/s，避免钢板头尾部过冷而形成“黑头”结构。冷却区上下冷却水比1:2～1:6，单组集管的总水量为200～400m³/h；防止钢板在轧制和冷却过程中发生瓢曲。冷却后压下率高于12％。在线即时冷装置布置于轧机机架附近，将轧机与冷却设备有机结合起来，实现轧制过程和冷却过程的有效同步，

进一步地，上述冷却后压下率为15％以上，可充分提高特厚板的心部变形。

进一步地，上述生产的特厚板厚度≥80mm。广泛适用于结构钢、船板钢、桥梁钢、模具钢、核电用钢、临氢容器钢、水电钢、装甲钢、海工钢等系列钢种。

进一步地，上述连铸坯厚度为300～400mm。

本发明具有以下有益效果：

a.节约特厚板的轧制待温时间。该工艺具有冷却降温的功能，可以减少特板坯轧制过程中的待温时间，利用即时冷技术加速冷却可以提高轧制节奏，可提高轧制效率20％以上。

b.改善内部组织均匀性。利用冷却后的差温轧制，可以将变形渗透到板坯内部，提高心部变形程度，增加奥氏体相变形核位置，实现奥氏体均匀相变，大幅改善心部带状组织分布，细化晶粒，晶粒度可提高两个级别以上。

c.提升心部探伤等级。轧制变形向心部渗透，可以促进内部孔洞、疏松以及微裂纹等铸造缺陷充分愈合，大大提升了钢板的厚度Z向性能和探伤性能，探伤检测提高一个级别以上。

d.降低生产成本和提高成材率。采用此方法可以在较小压缩比的条件下生产特厚板，利用连铸坯代替部分模铸，因此生产成本大大降低，生产效率和成材率也明显提高。

附图说明

图1道次间冷却设备及工艺示意图

图2采用道次间即时冷工艺的结构钢材料心部组织形貌

图3采用常规轧制工艺的结构钢材料心部组织形貌

具体实施方式

下面列举具体实施案例对本发明进行说明，下列实施过程只用于对本发明做进一步说明，并非对本发明保护范围的限制，其他根据本发明做出的一些非本质性的改动和调节仍为本发明范畴。

实施例1：

采用400mm厚连铸坯轧制生产Q235钢，成品厚度为120mm，化学成分如表1所示。连铸坯在出加热炉后，进行高压水除鳞，在两道次宽展横轧后进入纵轧阶段，随后利用机架附近的即时冷设备进行强制冷却，工艺示意图如图1所示。冷却时连铸坯表面初始温度为980℃，以3m/s速度进入冷却区，冷却区内辊速2m/s，上下水比1:3，单组集管的总流量400m³/h，共开启6组集管，冷却后返温控制在870℃进行轧制，冷却后压下率为18％，轧制两个道次后，重复上述冷却过程，控制表面返红温度为820℃后正常轧制，终轧温度为780℃，轧制过程中板形良好，随后进入轧后冷却区进行冷却。对120mm的成品板进行性能测试，板坯1/4厚度处的屈服强度为269MPa，延伸率为26％，板坯心部的屈服强度为247MPa，延伸率为22％。

与常规轧制工艺制备的同成分牌号钢种相比，上述方法得到的材料内部组织更加均匀细小，并且明显改善了带状组织分布，因此板坯性能得到稳定提高。图2为采用道次间即时冷工艺的材料心部组织形貌，晶粒尺寸为23～50um，带状组织分布得到改善；图3为采用常规轧制工艺的材料心部组织形貌，晶粒尺寸为35～75um，带状组织明显。

实施例2：

采用400mm厚连铸坯轧制生产45#钢，成品厚度为200mm，化学成分如表1所示。连铸坯在出加热炉后，进行高压水除鳞，不转钢直接进入纵轧阶段，随后在第三道次时进行强制冷却。冷却时连铸坯表面初始温度为960℃，以2m/s速度进入冷却区，冷却区内辊速1.5m/s，上下水比1:2，单组集管的总流量300m³/h，共开启6组集管，在冷却区内反复穿水两次，冷却后返温控制在850℃进行轧制，冷却后压下率为13％，随后进行常规轧制，终轧温度控制在800℃。与常规轧制工艺相比，上述方法得到的45#特厚钢板心部探伤等级提升一个级别，达到国家2级探伤标准，对比情况如表2所示。

表1本发明实施例钢种的冶金成分(wt.％)

表2本发明实施例2的探伤检测情况

实施例3：

采用400mm厚连铸坯轧制生产Q460钢，成品厚度为80mm，化学成分如表1所示。连铸坯在出加热炉后，进行高压水除鳞，进入二阶段轧制，在粗轧和精轧过程中各进行一次道次间冷却。冷却时辊道速度以1.5m/s速度进入冷却区，冷却区内辊速1m/s，上下水比1:4，单组集管的总流量350m³/h，共开启6组集管，冷却后压下率大于12％，粗轧初始温度为1050℃，精轧终轧温度控制在800℃左右，轧制过程中无翘曲现象。采用上述方法制备的Q460板坯组织均匀，性能稳定，板坯1/4厚度处的屈服强度为501MPa，抗拉强度为663MPa，延伸率为22.5％，冲击功可达到Q460D级别要求。

实施例4：

采用350mm厚连铸坯轧制生产Q345钢，成品厚度为100mm，化学成分如表1所示。连铸坯在出加热炉后，进行高压水除鳞，进行11个道次的连续轧制，分别在第三、第五和第七道次进行道次间冷却。冷却时辊道速度以2m/s速度进入冷却区，冷却区内辊速1.5m/s，上下水比1:5，单组集管的总流量360m³/h，共开启6组集管，冷却后压下率大于12％，轧制初始温度为1050℃，精轧终轧温度控制在810℃左右，轧后送入层流冷却区冷却。采用上述方法制备的Q345板坯组织均匀，性能稳定，板坯1/4厚度处的屈服强度为365MPa，抗拉强度为536MPa，延伸率为23.5％，冲击功可达到Q345D级别要求。