專利名稱：：一種高強韌厚鋼板的在線淬火生產工藝方法
技術領域：
：本發明屬于低合金鋼生產工藝領域，涉及到高強韌厚鋼板的在線淬火制造方法。技術背景近年來隨著世界能源危機的加劇，冶金行業作為能耗大戶，產能擴充與能源匱乏之間產生了嚴重的矛盾，節能降耗高效的生產工藝成為冶金企業的主要研究方向。目前高強高韌厚鋼板生產主要采用離線再加熱淬火+回火的調質處理生產方式，生產周期較長，能耗大。也有研究采用非調質工藝生產高強度鋼板，如2001年的中國專利(ZL01128316.5)"大線能量焊接非調質高韌性低溫鋼及其生產方法"，采用正火+回火方式。此專利的不足之處在于正火'+回火生產工藝仍然不能擺脫生產周期長，能耗大的缺點。又如2006年的中國專利申請(申請號為200610092574.1)"具有高屈服強度的非調質鋼板"，及2005年的中國專利申請(申請號為200510047195.6)"大線能量低焊接裂紋敏感型厚鋼板及其生產方法"。此兩個專利的不足之處在于，鋼板采用TMCP方式生產，對生產過程中各工藝參數，如加熱溫度、各階段軋制溫度、壓下率及軋后冷卻參數等均有較嚴格的要求，工藝控制困難，鋼板性能不穩定，焊接性能差，不能保證工程結構施工的高效率與高安全性，特別是不能作為冶,、能源、石化、化工、水電等行業對安全性能要求較高的承壓部件材料。隨著高強度鋼板市場需求越來越大，且冶金行業節能降耗呼聲越來越高，高強高韌厚鋼板的生產急需一種低成本、低能耗、快節奏且能保證鋼板性能穩定性的工藝。
發明內容本發明的目的是提供一種高強韌厚鋼板的在線淬火生產工藝方法，該方法能夠克服傳統調質工藝、正火+回火工藝及tmcp工藝等生產;^式之不足，具有低成本、低能耗、快節奏的特點，配合合適的化學成分設計，使其既能保證高強度、高韌性和良好的焊接性能等要求，提高工程結構的施工效率和安全可靠性，又能簡化生產工藝、縮短生產流程、降低生產能耗，適合大生產操作。為達到上述目的，本發明設計了在線淬火工藝生產高強韌厚鋼板。在線淬火工藝采用的成分設計是利用極少量的Nb、V、Ti復合微合金化，添加少量Mo、B等提高厚鋼板的淬透性，配合后期的控制軋制，充分利用軋制后鋼板的余熱，利用氣霧及水幕兩階段冷卻實現鋼板》25X:/s的快金冷卻，使鋼板在線淬火，節省了同類鋼板下線再加熱淬火的工序，提高了生產效率，節約了能源。本發明的技術方案是該種高強韌厚鋼板的在線淬火生產工藝方法，其特征在于，將鋼坯加熱至1100'c125(tc;分奧氏體再結晶區和未再結晶區兩階段軋制成鋼板，終軋溫度為860°c950°c;采用氣霧及水幕兩階段冷卻方式實現鋼板在線淬火，冷卻區平均冷卻速度為2545°c/s，溫度降至15(tc300"c的淬火終止；對淬火后的鋼板在58(tc650。c高溫下回火。前述方法中，所述的鋼板成分按重量百分比為C:0.050.15%，Sh0.150.35%，Mm1.402.00%，P《0.010%，S《0.005%，Nb《0.06%，V《0.06%,Ti《0.040%，及Ni《0.40X,Mo《0.20%,Cu《0.70%,Cr《0.50%，B:0.00050.0020%中的兩種或兩種以上，其余為Fe及不可避免的雜質。前述方法中，所述的鋼板厚度為20mm50mm。基于前述方法，本發明工藝采用氣霧冷卻+水幕冷卻兩階段冷卻方式實現在線淬火，有其獨到的效果。通常氣霧冷卻主要是利用高壓風機產生一定壓力、流量、流速的風與供水管中一定壓力和流量的水(水溫<35°0)，在同時經過噴嘴時，利用射流原理使水和風完全混合，噴射出均勻、彌散、細密的氣霧，在被冷卻的軋件表面進行快速的熱交換，帶走軋件表面熱量，從而縮短軋件的降溫時間，使其在一定的可控時間范圍內達到工藝要求的溫度。一般的冷卻方式都力圖使水穿透因汽化而形成的水膜，使水直接與軋件接觸或使熱軋件浸泡在冷卻水中，帶走熱量，提高冷卻效果。而氣霧冷卻在本發明中則是利用氣流把水分散成液滴，形成氣流膜層并帶到整個軋件表面。它不是力圖克服氣流膜層，而恰恰是利用不斷更新的氣流膜層使軋件均勻快速地冷卻。氣霧冷卻在本發明中主要有以下優點(1)冷卻均勻。用加壓的空氣使水流成霧狀,對軋件進行"面"式的連續冷卻，相對于"點"式和"線"式冷卻方式具有較高的冷卻均勻性；通過噴射角度的調節，可以實現水流沖擊區的位置控制，實現軋件不同位置的不同冷速控制；壓縮空氣除了能夠使水霧化外，還能排除槽內的滯留水，使軋件的冷卻不均進一步得到改善。'(2)冷卻強度大，冷卻水的利用率高。在相同比水量條件下，氣霧冷卻由于水被壓縮空氣霧化，蒸發量大，水粒小，單位體積帶走的熱量大，以核沸騰傳熱為主，使換熱系數提高，冷卻速度快。(3)冷卻能力調整范圍寬，可實現單獨風冷、弱水冷和強水冷。但是，為了實現在線淬火，提高生產效率，僅靠氣霧冷卻還不夠，本發明提出了氣霧及水幕兩階段冷卻方式。水幕冷卻出水口沿軋件寬度方向為連續的整體板片狀水流，A層流狀態，水流沒有相鄰水柱在沖擊鋼板時形成的干擾，冷卻能力強，冷卻區短，冷卻效率高，對水質要求不嚴。水幕冷卻在本發明中主要有以下優點(1)水幕為板狀層流水流落到鋼板表面上，沿寬向無干擾，冷卻能力強，能充分發揮冷卻水的冷卻效率，從而縮短了冷卻區長度，減少了噴頭數量，節約水資源，而且其設備少、投資小。(2)水幕冷卻出水口沿鋼板寬度方向為連續的整體板片狀水流，因此鋼板的橫向冷卻基本均勻。通過調整上、下水幕的流量比例，可使鋼板上、下表面，縱、橫向冷卻都均勻，從而提高產品質量與合格率。(3)可根據產品工藝要求改變每個水幕的水流幅度和流量，控制靈活。(4)由于水幕間距較大，形成的冷卻系統為間歇冷卻，使鋼板在冷卻區反復淬火-回火，這有利于晶粒的細化和性能強化，可進一步挖掘鋼材的內在潛力，提高經濟效益。采用氣霧冷卻+水幕冷卻兩階段冷卻方式，可以實現鋼板在線淬火。這種組合冷卻方式并不是簡單的選擇，而是有其內在的聯系。氣霧冷卻在前，用加壓的空氣使水流成霧狀，對軋件進行"面"式的連續冷卻，這種均勻地速冷方式有利于保證鋼板質量。水幕冷卻在后，一方面水幕為板狀層流水流落到鋼板表面上，沿寬向無干擾，冷卻能力強，能充分發揮冷卻水的冷卻效率，從而縮短了冷卻區長度；另一方面，由于水幕間距較大，形成的冷卻系統為間歇冷卻，使鋼板在冷卻區反復淬火-回火，這有利于晶粒的細化和性能強化。本發明的有益效果在于(1)在線淬火工藝生產高強高韌厚鋼板，主要通過合理設計軋制、冷卻及回火工藝實現鋼板性能，對化學成分要求不嚴，可在較少合金含量的情況下實現鋼板高強度、高韌性。(2)采用軋后直接在線淬火工藝。以不低于25'C/s的冷卻速率在線淬火,獲得與常規調質鋼同類型的高強高韌性組織，節省了同類鋼板下線再加熱淬火的工序，生產周期短、成本低，提高了生產效率，節約了能源。(3)采用氣霧、水幕兩種冷卻方式的合理配合，能夠達到較高的冷卻速度及較低的終冷溫度，實現在線淬火，相對于TMCP工藝，冷卻過程更容易控制，冷卻更加均勻，獲得的鋼板性能更加穩定。(4)軋后在線淬火工藝的采用，能夠保留低溫大壓下終軋時鋼板組織內部的高密度位錯，為相變增加形核點，晶粒更細化。同時位錯的保留也為回火時粒子的析出提供了條件。具體實施方式本發明采用在線淬火工藝生產高強韌厚鋼板。其整體工藝流程為優質鐵水-KR鐵水預處理-120噸頂底復吹轉爐-CAS站吹氬處理-LF爐精煉-VD真空脫氣處理-板坯澆鑄-步進式加熱爐-高壓水除鱗-軋機粗軋-軋機精軋-在線淬火-強力矯直-精整-噴號標識-探傷-回火-取樣檢驗-入庫-發貨。生產鋼板所需主要成分按重量百分比為C:0.050.15%,Si:0.150.35%，Mn:1.402.00%，P《0.010%，S《0.005%，Nb《0.06%，V《0.06%，Ti《0.040%，以及含有Ni《0.40X,Mo《0.20%，Cu《0.70%，Cr《0.50%，B:0.00050.0020%中的兩種或兩種以上，其余為Fe及不可避免的雜質。實施時，可按技術要求選擇。將鋼坯加熱至1100°C1250°C，鋼板通過粗軋機、精軋機軋制后，奧氏體晶粒充分細化。在鋼板軋后高溫狀態下迅速進入ACC進行在線f卒火。通過精準的計算機控制，實現工藝所要求的冷卻速度、終冷溫度等，使鋼板達到淬火的效果。期間要控制好鋼板的終軋溫度，實現軋制與冷卻的最佳配合。淬火后的鋼板進行適當的回火處理，完全達到調質處理的效果。軋制工藝采用雙機架控制軋制，粗軋機進行98(TC以上完全再結晶區軋制，減少中間坯等待時間，防止再結晶奧氏體過分長大。精軋機進行未再結晶控軋，軋制溫度控制在930。C(Ar3+10(TC),累積變形量》60%，末道次之前道次變形率25%30%。一般終軋溫度為860°C950°C。在線淬火工藝厚度為20mm50mm的鋼板出精軋機后盡快進入冷卻區域，防止精軋后變形奧氏體過分長大及先共析鐵素體的析出，保證淬火效果。冷卻區域分一區氣霧冷卻階段和二區水幕冷卻階段，利用一區氣霧冷卻的超快冷卻速度實現鋼板淬火，在二區水幕冷卻階段，通過鋼板反復淬火+自回火過程，實現組織細化及厚度方向的均勻冷卻。冷卻區平均冷速2545°C/s，終冷溫度控制在150°C300°C。回火工藝會同合金元素設計、控軋控冷工藝共同體現出鋼板最后高強度和良好的塑性、韌性性能。回火工藝的控制保證組織有一定的內部位錯，位錯處析出細小的碳化物。部分碳化物從晶粒內部彌散析出，起到沉淀強化的作用，但是不能聚集長大。鋼板回火溫度58(TC65(TC。對按照本發明工藝要求所生產32mm高強高韌鋼板做均勻性試驗，在鋼板長度方向頭部、中部、尾部，寬度的兩個邊部、兩個l/4處及l/2處，厚度方向1/4處和1/2處取樣進行強度及低溫韌性檢驗。檢驗結果見表1、表2。表132mm鋼板1/4厚度處力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表232mm鋼板1/2厚度處力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注沖擊功是平均值。試驗結果表明，此發明工藝生產鋼板具有高強度、高韌性，且鋼板各部位及厚度方向性能均勻。此發明工藝克服了常規離線再加熱淬火+回火的調質處理生產方式及正火+回火工藝生產周期長、成本高的缺點，可以生產性能穩定的高強高韌厚鋼板，彌補了TMCP工藝鋼板性能穩定性方面的不足。此發明工藝成分要求不高、工藝操作簡單，生產流程短、能耗低，便于在大生產中推廣，可廣泛應用于冶金、能源、城建、石化、化工、交通、機械、水電及船舶等行業所需高強高韌厚鋼板的制造。權利要求1.一種高強韌厚鋼板的在線淬火生產工藝方法，其特征在于，將鋼坯加熱至1100℃～1250℃；分奧氏體再結晶區和未再結晶區兩階段軋制成鋼板，終軋溫度為860℃～950℃；采用氣霧及水幕兩階段冷卻方式實現鋼板在線淬火，冷卻區平均冷卻速度為25～45℃/s，溫度降至150℃～300℃的淬火終止；對淬火后的鋼板在580℃～650℃高溫下回火。2.根據權利要求1所述的生產工藝方法，其特征在于，所述的鋼板成分按重量百分比為C:0.050.15%,Si:0.150.35%，Mn:1.402.00%，P《0.010%，S《0.005%，Nb《0.06%，V《0.06%，Ti《0.040%，以及Ni《0.40%，Mo《0.20%，Cu《0.70%，Cr《0.50%，B:0.00050.0020%中的兩種或兩種以上，其余為Fe及不可避免的雜質。3.根據權利要求1或2所述的生產工藝方法，其特征在于鋼板厚度為20mm50mm。全文摘要一種高強韌厚鋼板的在線淬火生產工藝方法，屬于低合金鋼生產工藝領域，它是將鋼坯加熱至1100℃～1250℃；分奧氏體再結晶區和未再結晶區兩階段軋制成鋼板，終軋溫度為860℃～950℃；采用氣霧及水幕兩階段冷卻方式實現鋼板在線淬火，冷卻區平均冷卻速度為25～45℃/s，溫度降至150℃～300℃的淬火終止；對淬火后的鋼板高溫下回火。此發明工藝克服了常規調質處理方式生產周期長、成本高及TMCP工藝生產高強韌鋼板性能穩定性差的缺點，可以生產性能穩定的20mm～50mm高強高韌鋼板。生產流程短、能耗低，可廣泛用于制造冶金、石化、水電及船舶等行業所需鋼板。文檔編號C21D9/00GK101215624SQ20081001360公開日2008年7月9日申請日期2008年1月8日優先權日2008年1月8日發明者侯東華,純劉,夏佃秀,浩孫,孫衛華,安守勇,彭海紅,李硯婷,欒玉武,田世永,賈玉萍,趙展鵬,偉黃申請人:濟南鋼鐵股份有限公司