專利名稱：一種特厚板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金行業(yè)的鋼板生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及ー種厚度彡60mm的特厚板制造方法，旨在解決軋制特厚板中心力學(xué)性能偏低，以及軋制過程中鋼板側(cè)邊雙鼓型或由雙鼓型進(jìn)ー步軋制導(dǎo)致的邊部折疊問題。
背景技術(shù)：
在大型化和高效化施工的要求下，采用ー塊大單重特寬特厚鋼板，可以減少焊縫。在海洋平臺(tái)的建設(shè)中，高強(qiáng)度、大厚度的鋼材廣泛使用，尤其是對(duì)于吊點(diǎn)等結(jié)構(gòu)需要厚度達(dá)到80mm;自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的齒條用鋼，要求屈服強(qiáng)度級(jí)別為690MPa，厚度達(dá)到ll(Tl50mm。水電工程壓カ鋼管采用高強(qiáng)度的46mm、60mm和70mm厚鋼板,盆管最大肋板厚度為150mm。國(guó)際橋梁通常采用分拱式結(jié)構(gòu)，所用鋼板最大厚度也已經(jīng)達(dá)到150mm。特厚板的用途非常廣泛，大量使用在船艦、海洋平臺(tái)、鍋爐容器、壓カ容器、化學(xué)反應(yīng)合成塔、重油高溫高壓脫硫裝置、水電渦輪、橋梁、機(jī)器基座及部件、兵器、模具、裝甲及建筑構(gòu)件等方面。隨著技術(shù)的發(fā)展和エ業(yè)裝備的大型化，對(duì)大單重高品質(zhì)特厚板的需求日趨增長(zhǎng)，同時(shí)世界鋼鐵エ業(yè)發(fā)展歷程也表明，在各類板材中，特厚板的生產(chǎn)技術(shù)是ー個(gè)國(guó)家鋼鐵エ業(yè)水平的重要標(biāo)志。目前，特厚板生產(chǎn)有以下幾種エ藝:
I)鋼錠軋制エ藝:這是ー種傳統(tǒng)的特厚板生產(chǎn)エ藝。中國(guó)專利申請(qǐng)CN 102345047A:“ー種150mmQ245R特厚板及其生產(chǎn)方法”介紹了其方法為:通過KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬處理、LF精煉、VD精煉、模 鑄、加熱、控軋控冷、堆冷、熱處理工藝，可以生產(chǎn)150mm厚度鋼板。文獻(xiàn):“低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345B 420mm特厚板的研發(fā)”(《中國(guó)冶金》2012年第01期)介紹了厚度達(dá)420mm，保性能、保探傷、低成本的Q345B級(jí)特厚鋼板生產(chǎn)エ藝路線，包括:鐵水KR脫硫一IOOt轉(zhuǎn)爐一LF精煉一VD真空脫氣一模鑄燒注一鋼淀脫模一鋼淀加熱一除鱗一軋機(jī)軋制一緩冷一表面檢查一精整一熱處理一探傷一性能檢測(cè)一入庫(kù)。由此可見，由于用鑄錠生產(chǎn)板坯不僅繁瑣而且鑄造缺陷也較多，因此與連鑄坯相比成材率低、生產(chǎn)工作量更大、消耗的時(shí)間更長(zhǎng)。另外，因?yàn)椴捎娩撳V軋制厚板和特厚板的成材率往往約70%。采用電渣重熔鋼錠軋制法，可以通過電渣重熔提高鋼的純凈度，減少非金屬夾雜物，組織和化學(xué)成分都較均勻，且錠軋制成材的成材率最高達(dá)到81.5%。但該エ藝生產(chǎn)效率低，而且需要消耗大量能源，生產(chǎn)成本太高，多用在性能均勻性要求高、力學(xué)性能要求高的厚板或特厚板生產(chǎn)中。2)鋼錠鍛造ー軋制技術(shù):在上世紀(jì)70年代開發(fā)了鋼錠鍛造軋制技木，即鋼錠經(jīng)水壓機(jī)開坯(鍛造坯)后軋制。這種エ藝的好處是軋制前的鍛造使鋼錠芯部的疏松焊合，提高鋼錠質(zhì)量。川崎制鐵水島廠1971年投產(chǎn)的水壓機(jī)達(dá)6000噸，生產(chǎn)鋼板的最大厚度為300_。但是，鍛造-軋制生產(chǎn)厚板的技術(shù)是ー種小批量、低效率的生產(chǎn)技木。3)連鑄坯軋制エ藝:按照現(xiàn)行軋鋼エ藝，生產(chǎn)特厚板需要厚度更大的連鑄板坯，但是普通連鑄板坯厚度一般在200 300mm，目前國(guó)際上エ業(yè)生產(chǎn)的連鑄板坯最大厚度為400mm，厚度在400mm以上的連鑄坯的生產(chǎn)還存在一定的困難。傳統(tǒng)中厚板或特厚板軋制時(shí)，坯料厚度到成品厚度的壓縮比通常都要在5以上，所以若要生產(chǎn)IOOmm以上的特厚板在不改變エ藝和設(shè)備的前提下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)是比較困難的，主要是特厚板中部的力學(xué)性能無(wú)法有效保證。連鑄坯生產(chǎn)特厚板的優(yōu)點(diǎn)是，軋制成材率可以達(dá)到90%以上。4)連鑄坯軋制ー熱處理工藝:中國(guó)專利申請(qǐng)CN 101831526A “ー種特厚板的加工方法”和文獻(xiàn)“高強(qiáng)度低合金STE460特厚鋼板生產(chǎn)試驗(yàn)研究”(《寬厚板》，1999年05期)介紹了采用軋后正火及正火后加速冷卻的方法生產(chǎn)高性能特厚板的方法，這種方法可以有效改善特厚板的低溫韌性，但會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度降低，并且生產(chǎn)成本高。20世紀(jì)70年代，美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)將制造核壓カ容器的Mn Mo Ni系鋼的熱處理工藝由正火改為調(diào)質(zhì)。5)軋制復(fù)合法:中國(guó)專利申請(qǐng)CN101773931A “ー種真空復(fù)合軋制特厚板的方法”，中國(guó)專利申請(qǐng)CN101439348A “ー種生產(chǎn)特厚板的エ藝方法”以及CN101590596A “ー種累積疊軋焊エ藝制造特厚板坯的方法”多項(xiàng)項(xiàng)專利中都提出了通過焊接坯料及軋制方法生產(chǎn)特厚板的エ藝，即采用兩塊以及兩塊以上的連鑄板坯經(jīng)過焊接組坯，熱軋成ー塊特厚板。上述方法旨在用相對(duì)薄的連鑄坯軋制厚板或特厚板，解決生產(chǎn)特厚板所需連鑄坯壓縮比的問題。在上述特厚板制造方法中，其軋制過程都存在ー個(gè)現(xiàn)象，就是由于坯料厚度大，在軋制變形區(qū)存在不均勻變形，按照應(yīng)力狀態(tài)可以分為粘滯區(qū)1、壓縮區(qū)II和拉伸區(qū)III，如圖1所示。在變形過程中只有厚度為he的表層金屬因?yàn)楹穸确较虻膲簯?yīng)カ超過エ件的約束屈服應(yīng)力，產(chǎn)生he厚度區(qū)域屈服變形。厚度方向的其余區(qū)域則不變形，導(dǎo)致軋制鋼坯的側(cè)邊形成“雙鼓”形狀，如圖2所示，這種形狀如果保持到成品，會(huì)降低坯料的成材率。同吋，厚度方向的不均勻變形，會(huì)在表層he厚度區(qū)域形成軋制方向的壓應(yīng)カ，中部則產(chǎn)生軋制方向的拉應(yīng)カ，使得中部應(yīng)カ狀態(tài)惡化。有些方法中采用立輥軋機(jī)的車L制來部分消除“雙鼓”形狀，但是特厚板的寬厚比大，中心區(qū)域不變形或變形量少仍無(wú)法有效改善，使熱加工變形改善組織與性能的效果受到限制，因此在未變形或變形小的中心區(qū)域在變形再結(jié)晶、消除偏析、降低疏松等方面遠(yuǎn)較坯料表層的差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是ー種改善特厚板軋制過程中厚度方向不均勻變形的エ藝，可以增加持厚板軋制過程中坯料中部的變形，抑制軋制鋼坯側(cè)邊的“雙鼓”形狀，改善中心區(qū)域奧氏體再結(jié)晶狀態(tài)，降低中心疏松。針對(duì)常規(guī)特厚板軋制過程中坯料溫度均勻エ藝，其厚度方向的溫度分布可近似認(rèn)為是均勻的，本發(fā)明采用降低坯料表層溫度的方法，坯料厚度方向的溫度是經(jīng)過人工強(qiáng)制冷卻后的非均勻的，坯料表層溫度降低后，會(huì)使表層金屬的變形抗力或屈服強(qiáng)度增加，變形難度増大，從而抑制坯料表層金屬變形，并以此増加中心區(qū)域的變形，從而使厚度方向的壓應(yīng)カ超過屈服應(yīng)力，產(chǎn)生更均勻的變形，如圖3所示。本發(fā)明是通過采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
1.將加熱到溫度并除氧化鐵皮的板坯輸送到冷卻區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻冷卻，強(qiáng)制冷卻時(shí)坯料表面的冷卻速度范圍在10-80°C /s，表面溫度冷卻到軋制鋼材的相變溫度Arl溫度以上，防止坯料的表面溫度過低導(dǎo)致鋼坯表面返溫時(shí)間過長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。2.冷卻后的坯料經(jīng)過短時(shí)間返溫，使表面溫度升至780 900°C之間。適當(dāng)?shù)姆禍?，能改善坯料的軋制咬入狀態(tài)，防止打滑或難以咬入等問題；但表層的溫度越高，其抑制表層金屬變形的作用越弱，返溫后的鋼坯表層與中心的溫度差在150 400°C之間。3.返溫到預(yù)定溫度后的坯料，需要盡快送入軋機(jī)軋制，在軋機(jī)能力許可的范圍內(nèi)進(jìn)行軋制，防止長(zhǎng)時(shí)間返溫使表層與中心區(qū)域溫度的溫差縮小，和由此導(dǎo)致的中心區(qū)域的變形的降低。4.對(duì)于鋼錠或厚的連鑄坯，需要很多道次的軋制，表面降溫的鋼坯會(huì)在軋制過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生表面溫度升高，表層與中心區(qū)域溫差減小，表層變形的抑制作用降低，因此當(dāng)表層溫度高于900°C后，需要再次對(duì)軋制坯料進(jìn)行冷卻然后返溫的過程，始終保持鋼坯表層與中心的溫度差在150 400°C之間。5.根據(jù)坯料的厚度和最終成品的厚度，如果需要，可多次重復(fù)強(qiáng)制冷卻一返溫一軋制的過程，直至軋制到所需的厚度。6.本發(fā)明所述的強(qiáng)制冷卻所采用的冷卻方式可以選擇噴水冷卻或噴霧冷卻(即氣-水混合冷卻)。7.本發(fā)明所述的板坯可以為連鑄板坯，電渣重熔坯，鋼錠初軋坯，焊接復(fù)合坯，適用的坯料厚度范圍在150 600mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
1、可降低坯料的壓縮 比要求。與現(xiàn)有軋制エ藝相比，本發(fā)明可以通過控制鋼坯表層與心部溫差，增加坯料中部區(qū)域的變形量，改善中部區(qū)域金相組織，因而可以降低對(duì)軋制壓縮比的要求。2、成材率更高。本發(fā)明可以通過控制鋼坯表層與心部溫差，增加坯料中部區(qū)域的變形量，軋制過程中可減少坯料側(cè)邊的“雙鼓形”的寬度或折疊邊的寬度，因此可以減少切邊量和切頭量，提高成材率。3、特厚板的內(nèi)部質(zhì)量更好。本發(fā)明可以通過控制鋼坯表層與心部溫差，增加坯料中部區(qū)域的變形量，可以在軋制特厚板的中部區(qū)域獲得更加細(xì)小的晶粒，使中部的疏松微孔得以變形焊合，降低心部疏松級(jí)別，最中有效改善特厚板的內(nèi)部質(zhì)量，有效提高特厚板中心區(qū)域力學(xué)性能。4、可降低特厚板的生產(chǎn)成本。在一定條件下，采用本發(fā)明有效改善特厚板中部區(qū)域質(zhì)量，獲得細(xì)小組織，因此可以提高鋼板的韌性，部分特定厚度的鋼板可以取消正火熱處理，降低能耗成本。


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圖1輥縫的應(yīng)カ狀態(tài)及坯料厚度方向壓應(yīng)カ分布。圖2不均勻變形導(dǎo)致特厚板側(cè)邊雙鼓形。圖3強(qiáng)制冷卻后坯料厚度方向的溫度分布及應(yīng)カ分布。
相關(guān)符號(hào)說明:
1-粘滯區(qū)Iw-軋制坯料的有效寬度
I1-壓縮區(qū).h-軋制坯料的厚度 _
II1-拉伸區(qū).he-表層變形區(qū)厚度 _
-約束屈服應(yīng)カ傳統(tǒng)軋制的坯料均勻溫度分布 _
-軋制方向壓應(yīng)カ-本發(fā)明采用坯料非均勻溫度分布
-厚度方向壓應(yīng)力 1_
具體實(shí)施方式
: 下面列舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，有必要在此指出的是以下具體實(shí)施步驟只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明，不代表對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，其他人根據(jù)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的修改和調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1:
采用150mm厚度的Q345連鑄坯，軋制成品厚度60mm。連鑄坯加熱到1180°C后，經(jīng)過高壓水除鱗后，進(jìn)入強(qiáng)制冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，強(qiáng)制冷卻方式選擇氣霧冷卻，坯料表面的冷卻速度10°C /s ;將150mm厚度的連鑄進(jìn)行一次冷卻，出冷卻區(qū)時(shí)坯料表面溫度約為600°C，之后坯料進(jìn)行空冷返溫使其表面升高至780 820°C，隨后快速送入軋機(jī)軋制，每道次壓下量為22 30mm，軋制3道次后，鋼板表面溫度仍然低于880°C，坯料經(jīng)軋制后到成厚度60mm特厚板。之后經(jīng)過軋后加速冷卻裝置冷卻，再將其堆冷及后續(xù)精整處理，得到60_厚度的成品特厚板。實(shí)施例2:
采用300mm厚度的連鑄Q460坯料，軋制成品厚度120mm。連鑄坯加熱到1200°C后，經(jīng)過高壓水除鱗后，進(jìn)入強(qiáng)制冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，強(qiáng)制冷卻方式選擇噴水冷卻，坯料表面的冷卻速度40°C /s ;先將300mm厚度的連鑄進(jìn)行第一次冷卻，出冷卻區(qū)時(shí)坯料表面溫度約為570°C，之后坯料進(jìn)行空冷返溫使其表面升高至820°C 850°C，隨后快速送入軋機(jī)軋制，每道次壓下量為22 30mm，軋制4道次后，中間坯厚度在200mm ;鋼板表面溫度略高于880°C;此時(shí)，對(duì)中間坯進(jìn)行第二次冷卻，出冷卻區(qū)時(shí)坯料表面溫度約為570°C，之后中間坯空冷返溫至800°C 830°C，隨后立即送入軋機(jī)軋機(jī)，每道次壓下量為22 30mm，軋制3道次后，軋制至成120_厚度的特厚板。之后經(jīng)過軋后加速冷卻裝置冷卻，再將其堆冷及后續(xù)精整處理，得到最終成品。實(shí)施例3:
600mm厚度的焊接復(fù)合坯料，軋制成品厚度200mm。連鑄坯加熱到1200°C后，出爐后經(jīng)過高壓水除鱗后，直接進(jìn)行軋制，當(dāng)軋制到400_厚度后，再進(jìn)入強(qiáng)制冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，強(qiáng)制冷卻方式選擇噴水冷卻，坯料表面的冷卻速度80°C /s ;先將400mm厚度的連鑄進(jìn)行第一次冷卻，出冷卻區(qū)時(shí)坯料表面溫度約為570°C，之后坯料進(jìn)行空冷返溫使其表面升高至880± 15°C，隨后快速送入軋機(jī)軋制，每道次壓下量為25 35mm，軋制3道次后，中間坯厚度在300mm ;鋼板表面溫度高于900°C ;此時(shí)，對(duì)中間坯進(jìn)行第二次冷卻，出冷卻區(qū)時(shí)坯料表面溫度約為570°C，之后中間坯空冷返溫至800 830°C，隨后立即送入軋機(jī)軋機(jī)，每道次壓下量為22 30_，軋制3道次后，軋制至成200_厚度的特厚板。之后，特厚板經(jīng)過加速冷卻或空冷、堆冷及后續(xù)精整處理，得到最終成品特厚板。
權(quán)利要求
1.ー種特厚板的制造方法，其特征在于，エ藝步驟包括:首先，將加熱到溫度并除氧化鐵皮的板坯輸送到冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，表面溫度冷卻到Arl以上，之后經(jīng)過短時(shí)間返溫，表面溫度升至780 900°C之間后盡快送入軋機(jī)軋制；當(dāng)軋制坯料表面溫度高于900°C吋，需要再次送入冷卻區(qū)冷卻，再進(jìn)行后續(xù)軋制；如果需要，可多次重復(fù)冷卻一返溫一軋制過程，直至軋制到預(yù)定的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種特厚板的制造方法，其特征在于:熱坯料在軋制前的冷卻為強(qiáng)制冷卻，強(qiáng)制冷卻時(shí)坯料表面的冷卻速度范圍在10-80°C /s，之后經(jīng)空冷使坯料表面返溫，表面溫度升至780 900°C之間，升溫的溫度和時(shí)間由坯料表層與中心區(qū)域所需的溫差決定，表面溫度到預(yù)定溫度范圍后立即送入軋機(jī)軋制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種特厚板的制造方法，其特征在于:為保證軋制板坯的表面溫度在780 900°C之間，并保持鋼坯表層與中心的溫度差在150 400°C之間，可以在軋制間隙時(shí)間進(jìn)行一次或多次強(qiáng)制冷卻，直至軋制到預(yù)定的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種特厚板的制造方法，其特征在干:所用板坯為厚度150 600_的連鑄板還、電洛重熔還、鋼錠初軋還或焊接復(fù)合還。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特厚板(厚度>60mm)的制造方法，屬于冶金行業(yè)的鋼板生產(chǎn)領(lǐng)域。工藝步驟為首先，將加熱到溫度并除氧化鐵皮的板坯輸送到冷卻區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，表面溫度冷卻特厚板材料相變溫度Ar1以上，之后經(jīng)過短時(shí)間返溫使表面升至780～880℃之間，盡快將坯料送入軋機(jī)軋制；當(dāng)軋制坯料表面溫度高于880℃時(shí)，需要再次強(qiáng)制冷卻，再進(jìn)行后續(xù)軋制。如果需要，可多次重復(fù)強(qiáng)制冷卻—返溫—軋制過程，直至軋制到特厚板所需厚度。本方法制造特厚板，可以利用增加表層與中心區(qū)域溫差來增加中部區(qū)域的應(yīng)變量，有利于細(xì)化中部組織，提高沖擊韌性；有利于消除特厚板的中心疏松；還可減少特厚板側(cè)邊雙股形。該特厚板制造方法的投資省、操作靈活。
文檔編號(hào)B21B1/22GK103111464SQ20131006971
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者余偉, 蔡慶伍, 陳銀莉, 劉濤, 何春雨, 張立杰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)