熱軋h型鋼軋後控制冷卻工藝的製作方法

2023-05-30 10:16:46

專利名稱：熱軋h型鋼軋後控制冷卻工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於軋鋼技術領域，尤其涉及一種熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝。
背景技術：
目前，H型鋼熱軋生產線還沒有形成成熟的冷卻理論和冷卻工藝技術，已經成為工業生產的瓶頸。這主要是由於H型鋼斷面形狀的複雜性，其在線控冷很容易出現腰部殘留水和冷卻不均勻的現象，將影響軋件的斷面形狀和性能均勻性，產品易產生內並外擴變形及腹板浪、裂紋等缺陷。 近年來該技術已引起國內外企業和科研院所的重視，在日本、德國、義大利等一些國家都有研究的報導。1990年盧森堡阿貝德公司開發了 QST技術，即H型鋼軋後淬火加自回火控制冷卻工藝。德國應用QST熱處理工藝，在精軋機後設置一冷卻段，H型鋼出精軋後立即進行噴水淬火冷卻，然後自回火，提高了H型鋼的屈服強度和韌性。但該技術還不成熟，存在冷卻不均勻和軋件變形等問題。並且在我國，用戶不易接受採用軋後淬火加自回火工藝強化的鋼材，認為淬火自回火後形成的回火層降低鋼材的使用性能，主要問題有鋼材的屈強比大；焊接性能下降；鋼材的應力時效大。所以該技術在我國無法推廣應用。
《軋鋼》雜誌2004年第5期第15-17頁刊登了名稱為"熱軋H型鋼控制冷卻工藝研究"的論文，該論文披露了一種H型鋼熱軋後氣霧控制冷卻裝置，該裝置採用水氣霧化冷卻，水壓為0. 20-0. 25MPa、氣壓為0. 15_0. 25MPa、水流量為200-350L/h、氣流量為9. 5-15. 0m3/h，冷卻速率為15-30°C /s，最大冷卻速度只有3(TC /s，產品的組織為鐵素體+珠光體，與一般空冷後的組織相同，但鐵素體含量增多，且鐵素體晶粒要比空冷的鐵素體晶粒平均細0. 5級以上，產品的屈服強度提高了 50MPa左右，由於冷卻速率較低，其對產品強度、韌性等性能指標的提高有限。

發明內容
為了克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，冷卻速率達到75-15(TC /s，既可避免熱軋H型鋼表面形成淬火回火組織，又可顯著細化晶粒，提高屈服強度提高70MPa以上。 為解決上述的技術問題，本發明提供的熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝是，熱軋H型鋼終軋後進入冷卻裝置，由上、下噴嘴分別對準熱軋H型鋼上下R部，左、右噴嘴分別對準熱軋H型鋼左右側翼緣中心，進行噴水冷卻，其特徵在於，所述冷卻水水壓為0. 7-1. 2MPa，水量1200-2000mVh，冷卻速率為75_150°C /s，冷卻時間3-5s，將熱軋H型鋼從850-100(TC終軋後冷卻至相應鋼種馬氏體相變點以上20-30°C 。 本發明進一步改進，在所述H型鋼的腹板下噴嘴有三個，中間噴嘴對腹板下表面進行冷卻，其餘兩個噴嘴冷卻下部的R角；腹板上噴嘴有兩個，分別冷卻上部的R角，腹板上表面由冷卻集水進行冷卻。。 本發明進一步改進，在所述H型鋼翼緣外側的左、右噴嘴各有多個，其對翼緣和腹
3板結合部的冷卻強度大於翼緣端部，並且左、右噴嘴的開啟數量根據規格進行調整。
與現有技術相比，本發明有以下優點 (1)本發明在熱軋H型鋼萬能終軋機出口處對熱軋H型鋼不同部位進行高水壓、大水量噴水均勻冷卻，冷卻速率為75-150°C /s，使熱軋H型鋼從850-100(TC終軋後終冷至相應鋼種馬氏體相變點以上20-3(TC左右，使H型鋼芯部鐵素體實際晶粒度由8-10級細化至10-12級，並在熱軋H型鋼表層形成貝氏體+索氏體組織，從而顯著提高熱軋H型鋼強度和韌性。採用本發明可將熱軋H型鋼產品(產品規格範圍為高度H250mnT800mm、寬度B250mnT410mm、厚度t《35mm)的屈服強度提高70MPa以上，屈強比《0. 83，延伸率^ 20% ，並滿足相應的標準要求。 (2)本發明在腹板下部每組冷卻單元有三個噴嘴，中間噴嘴對腹板下表面進行冷卻，其餘兩個噴嘴冷卻下部的R角；腹板上部每組冷卻單元有兩個噴嘴，分別冷卻上部的R角，腹板上表面由冷卻集水進行冷卻，從而保證腹板冷卻的均勻性；在翼緣外側每組冷卻單元有若干個噴嘴，其對翼緣和腹板結合部的冷卻強度大於翼緣端部，並且側噴嘴的開啟數量可根據規格進行調整，從而保證翼緣冷卻的均勻性，因此，採用本發明冷卻後的H型鋼不產生嚴重的、無法矯正的形變； (3)本發明冷卻速率沒達到淬火的程度，控制冷卻後不出現有害組織，H型鋼強度和韌性顯著提高。 (4)由於噴高壓水超快速冷卻開始和終止溫度較高，且時間較短，可在軋材表面形成較為緻密的氧化膜，隨後進行空冷，與其它水冷方式相比，可顯著改善軋材的表面質量，減緩鏽蝕。 (5)由於噴高壓水超快速冷卻主要是在軋後冷卻過程中提高強度，因此，不會增加軋機負荷，這就繞開了開發高級別鋼種軋機能力不足的問題，拓寬了可開發鋼種的範圍。
具體實施例方式本發明的技術原理為熱軋H型鋼在再結晶區的連續軋制過程中可以使奧氏體承
受反覆的強烈變形，利用軋制過程亞動態再結晶強化機制，從而形成均勻的晶粒尺寸很小
的奧氏體再結晶晶粒。對上述奧氏體施以高速度的強化冷卻，在3-5s時間範圍內，將奧氏
體迅速冷卻到馬氏體相變溫度附近上方，進行終軋奧氏體組織凍結，從而有效地抑制了相
變前的奧氏體晶粒長大。在隨後的空冷條件下芯部細小的奧氏體晶粒轉變為細小的鐵素體
+珠光體組織，表層有少量的貝氏體+索氏體組織。對於加入V、 Nb、 Ti等微合金元素的鋼
種，通過軋後超快速冷卻，由於軋件迅速通過奧氏體區，碳氮化物會大量形核，並限制了析
出物的長大，析出的碳氮化物會更細小、均勻，從而顯著提高其析出強化的效果。故其強化
機理包括相變強化、細晶強化和析出強化。 本發明的實施步驟為 (l)H型鋼按常規工藝進行軋制，軋後立即進行噴水快速冷卻，即採用高水壓(0. 7-1. 2MPa)、大水量(1200-2000m3/h)，將軋件表面形成的氣膜打破，大大改善其冷卻傳熱條件，提高冷卻速度，冷卻速率達到75-150°C /s。 (2)噴水冷卻的冷卻時間要控制在3-5s範圍內，使軋件迅速通過奧氏體區，抑制奧氏體晶粒的長大；對加入V、Nb、Ti等微合金元素的鋼種，可顯著提高其析出強化的效果。
(3)嚴格控制終冷溫度在馬氏體相變點以上20-3(TC，避免熱軋H型鋼表面形成淬 火回火組織。 (4)考慮到軋後的H型鋼的溫度分布不均勻，所以在噴嘴的布置上考慮了加強高 溫度區域的冷卻強度，同時也考慮了腹板上面與下面接受冷卻條件的差異性
1)腹板下部每組冷卻單元有三個噴嘴，中間噴嘴對腹板下表面進行冷卻，其餘兩 個噴嘴冷卻下部的R角；腹板上部每組冷卻單元有兩個噴嘴，分別冷卻上部的R角，腹板上 表面由冷卻集水進行冷卻。從而保證腹板冷卻的均勻性。 2)翼緣外側每組冷卻單元有若干個噴嘴，其中對中間腰腿結合部的冷卻強度大於 翼緣端部，並且側噴嘴的開啟數量可根據規格進行調整。從而保證翼緣冷卻的均勻性。
3)翼緣兩側的冷卻系統可以橫移，從而保證對所有規格H型鋼的冷卻均勻性。
通過採取以上措施，H型鋼腹板和翼緣的溫度差可控制在50°C以內，實現了 H型鋼 翼緣和腹板的溫度分布均勻，從而保證了 H型鋼斷面組織和性能的均勻性。
(5)軋件上冷床後自然冷卻，然後打捆、入庫。 通過噴高壓水快速冷卻技術改變H型鋼軋後的組織結構，控制其相變過程，實現H 型鋼新鋼種的開發，以低成本的普碳鋼為基材，通過不添加或少添加微合金元素開發高效 節約型熱軋H型鋼，可獲得巨大的經濟和社會效益 (1)使用Q275B鋼種生產345MPa強度H型鋼，可以少添加Mn、 Si等合金元素；
(2)使用Q345B鋼種生產450MPa級H型鋼，可以不添加或少添加Nb，V，Ti等微合 金元素。具體如以下兩個實施列。 實施例1 :用Q275強度級別鋼的成分軋制345MPa強度級別熱軋H型鋼採用化學成分為0. 10-0. 17 % C，O. 17-0. 35 % Si，O. 75-1. 00 % Mn，O. 035 % S，
0. 035% P的普通碳素結構鋼連鑄異型還作原料，連鑄還料規格為750mmX450mmX120mm， 成品規格為594mmX 302mmX 14mmX 23mm，在"步進梁式加熱爐加熱一高壓水除鱗一開坯軋 制一萬能粗軋機組往復軋制一萬能精軋機軋制"生產工藝流程上軋制，其中開坯機一架，兩 架萬能粗軋機及置於兩架萬能粗軋機之間的一架軋邊機組成萬能粗軋機組，一架萬能精軋 機，開坯軋制道次約7次，萬能道次9-10道，軋邊道次為3-5道，萬能精軋道次為1道，坯料 加熱溫度為1200-1230。C，終軋溫度為850-1000°C。 經過萬能精軋後，軋件進入超快速冷卻裝置，冷卻裝置長14m，輥道速度2-4m/s， 軋件在冷卻器出口處溫度為440-450°C 。 軋件到達冷床後，由於表面溫度低於心部溫度，出現表面返熱現象，表面返熱溫度
在550-75(TC左右。隨著軋件在冷床上移動，溫度逐漸降低，直至冷卻到室溫狀態。 在室溫下對熱軋H型鋼各項力學性能指標進行檢驗，其R^為385MPa， Rm為
520MPa， A為28% ， 20。C縱向衝擊功Akv為240J，滿足GB/T 1591-2008標準要求。 實施例2 :用Q345強度級別鋼的成分軋制450MPa強度級別熱軋H型鋼採用化學成分為0. 14-0. 17 % C，O. 35-0. 50 % Si， 1. 20-1. 40 % Mn，O. 035 % S，
0. 035% P，O. 02-0. 04% V的普通低合金結構鋼連鑄異型坯作原料，連鑄坯料規格為
750mmX450mmX120線成品規格為338mmX325. 4mmX30. 5mmX30. 5線在"步進梁式加熱
爐加熱一高壓水除鱗一開坯軋制一萬能粗軋機組往復軋制一萬能精軋機軋制"生產工藝流
程上軋制，其中開坯機一架，兩架萬能粗軋機及置於兩架萬能粗軋機之間的一架軋邊機組成萬能粗軋機組， 一架萬能精軋機，開坯軋制道次約6次，萬能道次7-8道，軋邊道次為2-4 道，萬能精軋道次為1道，坯料加熱溫度為1200-123(TC，終軋溫度為850-1000°C。
經過萬能精軋後，軋件進入超快速冷卻裝置，冷卻裝置長14m，輥道速度2-4m/s， 軋件在冷卻器出口處溫度為490-500°C 。 軋件到達冷床後，由於表面溫度低於心部溫度，出現表面返熱現象，表面返熱溫度 在550-75(TC左右。隨著軋件在冷床上移動，溫度逐漸降低，直至冷卻到室溫狀態。
在室溫下對熱軋H型鋼各項力學性能指標進行檢驗，其R^為485MPa， Rm為 5畫Pa， A為23%，0"縱向衝擊功Akv為190J，滿足BS 4360-1986標準要求。
權利要求
一種熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，熱軋H型鋼終軋後進入冷卻裝置，由上、下噴嘴分別對準熱軋H型鋼上下R部，左、右噴嘴分別對準熱軋H型鋼左右側翼緣中心，進行噴水冷卻，其特徵在於，所述冷卻水水壓為0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷卻速率為75-150℃/s，冷卻時間3-5s，將熱軋H型鋼從850-1000℃終軋後冷卻至相應鋼種馬氏體相變點以上20-30℃。
2 如權利要求1所述的熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，其特徵在於，所述H型鋼的腹板下噴嘴有三個，中間噴嘴對腹板下表面進行冷卻，其餘兩個噴嘴冷卻下部的R角；腹板上噴嘴有兩個，分別冷卻上部的R角，腹板上表面由冷卻集水進行冷卻。
3. 如權利要求1所述的熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，其特徵在於，所述H型鋼翼緣外 側的左、右噴嘴各有多個，其對翼緣和腹板結合部的冷卻強度大於翼緣端部，並且左、右噴嘴的開啟數量根據規格進行調整。
4. 如權利要求1或3所述的熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，其特徵在於，所述左、右噴嘴可以橫移。
5. 如權利要求1所述的熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，其特徵在於，冷卻後的H型鋼芯部為細小的鐵素體+珠光體組織，表面有少量的貝氏體+索氏體組織。
全文摘要
本發明提供一種熱軋H型鋼軋後控制冷卻工藝，熱軋H型鋼終軋後進入冷卻裝置，由上、下噴嘴分別對準熱軋H型鋼上下R部，左、右噴嘴分別對準熱軋H型鋼左右側翼緣中心，進行噴水冷卻，其特徵在於，所述冷卻水水壓為0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷卻速率為75-150℃/s，冷卻時間3-5s，將熱軋H型鋼從850-1000℃終軋後冷卻至相應鋼種馬氏體相變點以上20-30℃。採用本發明冷卻工藝可使H型鋼芯部鐵素體實際晶粒度由8-10級細化至10-12級，並在熱軋H型鋼表層形成貝氏體+索氏體組織，從而顯著提高熱軋H型鋼強度和韌性，屈服強度提高70MPa以上。
文檔編號B21B37/74GK101758091SQ20091025148
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者吳結才, 吳迪, 奚鐵, 孫維, 汪開忠, 程鼎, 耿承浩, 蘇世懷, 趙憲明 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司