CN113235008B - 一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板及其轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板及其轧制方法，所述钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.05～0.16%，Mn：0.6～2.0%，Si：0.10～0.80%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb：0.000～0.040%，Als：0.010～0.045%，Ti：0.050～0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述钢板的生产方法，包括铸坯加热、控制轧制、预冷却、ACC冷却；本发明制得的钢板常温下的头中尾下屈服强度差值≤30MPa，抗拉强度差值≤20MPa，延伸率≥20%，‑40℃横纵向冲击功≥120J，得到的组织均匀，晶粒度差别在0.5级以内；具有高强度、高韧性及纵向高均匀性，能满足桥梁、建筑、海洋平台、造船等结构的制造要求。
Description
技术领域
本发明涉及超长薄规格钢板的制造技术领域，特别涉及一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板及其轧制方法，本发明钢板可广泛应用于桥梁、建筑、海洋平台、造船等结构的制造。
背景技术
随着我国工业化进程的不断加快，桥梁跨度的不断增大，建筑、海洋平台建造的大型化，钢结构制造工厂为减少焊接，要求钢板宽度、长度增加的趋势越来越明显，但钢板长度的增加，对轧钢企业来说，如何保证钢板表面和性能的一致性是一个较大的考验，特别是对于中厚板企业生产厚度≤20mm的超长钢板时，均匀性较差在国内各钢厂中均是最突出的问题，目前国内解决此问题的办法为采用热轧卷板生产，借助于多机架连续轧制和轧后立即卷曲的方法，利用余热自回火。但卷板加工时需开平，钢板存在应力，对制造厂造成较大的成本和质量压力。
在本发明之前，国内外也有相关的发明。如中国专利CN 109092893 A公布了一种“60米超长钢板生产工艺”，用于生产厚度为7.5～12.5mm的薄钢板，其主要精轧前调小底辊冷却水，减少轧制过程中高压水除鳞，其主要考虑在轧制过程水对钢板均匀性的影响。但其并未考虑钢板轧后钢板加速冷却对薄规格均匀性的影响，其未采用轧后控制冷却的方式，其也仅能得到强度级别小于420MPa的钢 ，因此其制造方法并不能广泛适用于高强度结构钢板的生产。
中国专利CN 110004359 A公布了“一种高均匀性纵横向韧性宽幅钢板及其TMCP工艺生产方法”，其采用TMCP生产工艺得到厚规格屈服强度400～600MPa的宽幅钢板，轧制也采用两阶段控制轧制方式，并通过控制各轧制阶段温度和总压缩比，在粗轧阶段低速大压下并保证在轧制间隙的间隔时间，轧后采用控制冷却，但此发明为得到70～90mm厚规格钢板。因此其制造方法生产的钢板尺寸与本发明不同。
中国专利CN 110735085 A公布了“一种薄规格Q345qE/Q370qE钢板的制造方法”。其主要通过开坯轧制的方式，将原始板坯轧至80～100mm的过渡坯后，在二次加热轧制的过程，其轧制过程不进行控制轧制，且轧后进行自然冷却获得厚度≤10mm的桥梁钢板。其通过开坯两次轧制，且减少轧制过程时间，在结合轧后不水冷的方式，保证钢板的均匀性，其实质上是通过减少钢板长度来保证薄规格的均匀性，与本发明的方法截然相反。
中国专利CN 108624818 A公布了“400～500MPa级高均匀延伸率热连轧钢板及其制造方法”，其通过热连轧的方式获得厚度≤12mm的薄钢板，与本发明的制造方法有明显的区别。
上述各专利虽然解决了一些钢板整体性能均匀性的问题，但是针对超长薄规格、高强度级别结构钢板，仍然没有提出解决办法，因此，研发一种针对超长薄规格钢板的轧制方法，来保证其性能均匀性，是行业内目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板及其轧制方法，所述钢板常温下的头中尾下屈服强度差值≤30MPa，抗拉强度差值≤20MPa，延伸率≥20%，-40℃横纵向冲击功≥120J，得到的组织均匀，晶粒度差别在0.5级以内，具有高强度、高韧性及纵向高均匀性，能满足桥梁、建筑、海洋平台、造船等结构的制造要求。
本发明的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板，所述钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.05～0.16%，Mn：0.6～2.0%，Si：0.10～0.80%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb：0.000～0.040%，Als：0.010～0.045%，Ti：0.050～0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：浇注得到160～250mm厚的连铸板坯，对连铸板坯加热，且控制均热段温度在1150～1250℃，加热速率为8～11min/cm；
（2）控制轧制：粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度在1130～1170℃，终轧温度控制＞1000℃，轧制停止厚度为成品厚度的2.5～3.5倍；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度按照20～30%控制，精轧的开轧温度880～1000℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为830～890℃，轧制钢板长度≥50m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，以此控制ACC前的温度为710～720℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为400～600℃，钢板经矫平后在空气中冷却至室温。
所述钢板常温下的头中尾下屈服强度差值≤30MPa，抗拉强度差值≤20MPa，延伸率≥20%，-40℃横纵向冲击功≥120J，得到的组织均匀，晶粒度差别在0.5级以内。
所述钢板的厚度为6～20mm。
本发明的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的轧制方法，包括铸坯加热、控制轧制、预冷却、ACC冷却，其中：
（1）铸坯加热：浇注得到160～250mm厚的连铸板坯，对连铸板坯加热，且控制均热段温度在1150～1250℃，加热速率为8～11min/cm；
（2）控制轧制：粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度在1130～1170℃，终轧温度控制＞1000℃，轧制停止厚度为成品厚度的2.5～3.5倍；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度按照20～30%控制，精轧的开轧温度880～1000℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为830～890℃，轧制钢板长度≥50m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，以此控制ACC前的温度为710～720℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为400～600℃，钢板经矫平后在空气中冷却至室温。
本发明轧制工艺的设计理由如下：
本发明提供的技术方案中，通过优化轧制工艺，在ACC加速冷却前增加变冷速的预冷却方法，以此达到在超长钢板纵向的温度均匀性。
加热工艺设置在1250℃以下，为防止奥氏体晶粒粗化后严重影响韧性，同时保证足够的均热时间，为使钢种的元素偏析等得到充分扩散均匀化。
轧制工艺和冷却工艺，在粗轧阶段采用高温大压下，终轧温度＞1000℃，在粗轧阶段，通过大压下保证轧制力向中心传递，使得奥氏体再结晶后回复充分，保证奥氏体晶粒均匀细化；在精轧阶段减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度按照20～30%控制，轧制过程中不打高压水，以尽可能的降低轧制过程中钢板上下表面、纵向的温度差。轧制过程不停顿，一方面减少钢板不同位置因散热导致的温度不均匀性，另一方面，晶粒因轧制变形得到累计，轧制不停顿保证厚度方向的晶粒变形一致，保证轧后晶粒的均匀细小。
钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，是本发明中的核心点，温度均匀性是轧制超长薄钢的保证，在现有生产实际中，轧制速度明显高于ACC水冷时钢板前进速度，薄规格钢板温降很大，使得进入ACC的温度差别限制了现有超长单轧钢板的生产。因此本发明通过ACC前加入预冷却方法，特别是进入快速冷却前的温度钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，从而保证了ACC前的温度710～720℃。钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，同样是为进一步提高薄规格钢板的均匀性。
本发明方法制得的钢板成品厚度在6～20mm，常温下的头中尾下屈服强度差值≤30MPa，抗拉强度差值≤20MPa，延伸率≥20%，-40℃横纵向冲击功≥120J，得到的组织均匀，晶粒度差别在0.5级以内，具有高强度、高韧性及纵向高均匀性，能满足桥梁、建筑、海洋平台、造船等结构的制造要求。
附图说明
图1是本发明实施例2制得的钢板的头部金相组织图片，图中分别是放大到100μm和20μm的金相组织图片；
图2是本发明实施例2制得的钢板的中部金相组织图片，图中分别是放大到100μm和20μm的金相组织图片；
图3是本发明实施例2制得的钢板的尾部金相组织图片，图中分别是放大到100μm和20μm的金相组织图片。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明各实施例钢板的化学成分取值列表；
下表2为本发明各实施例钢板的力学性能试验结果。
本发明的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板，所述钢板包含下述质量分数的化学成分：C：0.05～0.16%，Mn：0.6～2.0%，Si：0.10～0.80%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb：0.000～0.040%，Als：0.010～0.045%，Ti：0.050～0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
其中实施例1-5的产品厚度分别为20mm、16mm、12mm、8mm、6mm。
表1 本发明各实施例的化学成分取值列表（wt，%）
实施例1
本实施例的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的化学组分及其质量百分比含量如表1所示。
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：选用的连铸板坯尺寸为250×2000mm；对连铸板坯加热，且控制均热段温度为1240℃，加热速率为10.5min/cm；
（2）控制轧制：采用粗轧和精轧两阶段的控轧轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度为1165℃，终轧温度为1102℃，轧制停止厚度为52 mm；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度为27%，精轧的开轧温度为892℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度为833℃，轧制钢板长度为55m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，进ACC时ACC前的温度为713～716℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为520℃，钢板经矫平后在空气中冷却室温；
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为20mm×2150mm，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例2
本实施例的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的化学组分及其质量百分比含量如表1所示。
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：选用的连铸板坯尺寸为200×2000mm；对连铸板坯加热，且控制均热段温度为1175℃，加热速率为9.8min/cm；
（2）控制轧制：采用粗轧和精轧两阶段的控轧轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度为1147℃，终轧温度为1080℃，轧制停止厚度为45mm；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度为21%控制，精轧的开轧温度为972℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度为856℃，轧制钢板长度为62m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，进ACC时ACC前的温度为710～713℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为592℃，钢板经矫平后在空气中冷却室温。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为16mm ×2220mm，所述钢板的力学性能如表2所示，所述钢板的金相组织如图1、图2、图3所示，从图中可以看出，组织为铁素体+珠光体为主，并有少量的贝氏体，晶粒均匀，其中钢板头部、中部和尾部的晶粒度均为8级。
实施例3
本实施例的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的化学组分及其质量百分比含量如表1所示。
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：选用的连铸板坯尺寸为230×1850mm；对连铸板坯加热，且控制均热段温度为1192℃，加热速率为8.5min/cm；
（2）控制轧制：采用粗轧和精轧两阶段的控轧轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度为1133℃，终轧温度控制为1042℃，轧制停止厚度为35mm；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度为27%，精轧的开轧温度为996℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为885℃，轧制钢板长度为54m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，进ACC时ACC前的温度715-717℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为554℃，钢板经矫平后在空气中冷却室温。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为12 mm ×2750mm，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例4
本实施例的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的化学组分及其质量百分比含量如表1所示。
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：选用的连铸板坯尺寸为180×2150mm；对连铸板坯加热，且控制均热段温度为1211℃，加热速率为8.9min/cm；
（2）控制轧制：采用粗轧和精轧两阶段的控轧轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度为1165℃，终轧温度为1140℃，轧制停止厚度为成品厚度的26mm；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度为20%控制，精轧的开轧温度为990℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为842℃，轧制钢板长度为56m。
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，进ACC时温度为712～716℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为485℃，钢板经矫平后在空气中冷却室温。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为8 mm ×2880mm，所述钢板的力学性能如表2所示。
实施例5
本实施例的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的化学组分及其质量百分比含量如表1所示。
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：选用的连铸板坯尺寸为160*1900mm；对连铸板坯加热，且控制均热段温度为1155℃，加热速率为8min/cm；
（3）控制轧制：采用粗轧和精轧两阶段的控轧轧制工艺对钢板进行轧制，粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度为1135℃，终轧温度为1010℃，轧制停止厚度为21mm；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度为24%控制，精轧的开轧温度为1000℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为826℃，轧制钢板长度为54m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，进ACC时ACC前的温度为710～713℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为410℃，钢板经矫平后在空气中冷却室温。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为6 mm *2620mm，所述钢板的力学性能如表2所示。
表2 本发明各实施例中钢板的力学性能组织列表
从表2中可以看出，采用本发明提供的一种长度≥50m的超长薄规格单轧钢板的制造方法制得的钢板，进行常温拉伸试验和-40℃纵向冲击试验，其结果：所述钢板常温下的得到的钢板常温下的头中尾下屈服强度差值≤30MPa，抗拉强度差值≤20MPa，延伸率≥20%，-40℃横纵向冲击功≥120J，晶粒度差别在0.5级以内，具有良好的均匀性，能满足桥梁、建筑、船舶、海洋平台等结构用钢的制造要求。
上述实施例仅仅是本发明为解释本发明而例举的具体实例，并不以任何形式限制本发明，任何人根据上述作内容和形式做出的不偏离本发明权利要求保护范围的非实质性的改变，均应认为落入本发明权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板，其特征在于所述钢板为下述质量分数的化学成分：C：0.05～0.16%，Mn：0.6～2.0%，Si：0.10～0.80%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb：0.000～0.040%，Als：0.010～0.045%，Ti：0.050～0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述钢板的轧制方法，包括下述步骤：
（1）铸坯加热：浇注得到160～250mm厚的连铸板坯，对连铸板坯加热，且控制均热段温度在1150～1250℃，加热速率为8～11min/cm；
（2）控制轧制：粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度在1130～1170℃，终轧温度控制＞1000℃，轧制停止厚度为成品厚度的2.5～3.5倍；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度按照20～30%控制，精轧的开轧温度880～1000℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为830～890℃，轧制钢板长度≥50m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，以此控制ACC前的温度为710～720℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为400～600℃，钢板经矫平后在空气中冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板，其特征在于：所述钢板常温下的头中尾下屈服强度差值≤30MPa，抗拉强度差值≤20MPa，延伸率≥20%，-40℃横纵向冲击功≥120J，得到的组织均匀，晶粒度差别在0.5级以内。
3.根据权利要求1所述的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板，其特征在于：所述钢板的厚度为6～20mm。
4.如权利要求1或2或3所述的一种长度≥50m的超长薄规格结构钢板的轧制方法，包括铸坯加热、控制轧制、预冷却、ACC冷却，其特征在于：
（1）铸坯加热：浇注得到160～250mm厚的连铸板坯，对连铸板坯加热，且控制均热段温度在1150～1250℃，加热速率为8～11min/cm；
（2）控制轧制：粗轧阶段采用高温大压下，钢坯出炉后经除鳞后即开始轧制，开轧温度在1130～1170℃，终轧温度控制＞1000℃，轧制停止厚度为成品厚度的2.5～3.5倍；精轧时，减少辊道、轧机辊身冷却水，冷却水开口度按照20～30%控制，精轧的开轧温度880～1000℃，轧制过程中不打高压水，轧制过程不停顿，精轧的终轧温度控制为830～890℃，轧制钢板长度≥50m；
（3）预冷却：钢板轧制完成后进行预矫直，保证钢板平直，而后进入预冷却装置，钢板通过1m后开启冷却水、冷速为5℃/s，而后持续减少水量，在距钢板尾部2m位置关闭冷却水，以此控制ACC前的温度为710～720℃；
（4）ACC冷却：钢板进行ACC水冷冷却，保持冷速不变，终冷温度为400～600℃，钢板经矫平后在空气中冷却至室温。
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