提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方法

摘要

本发明公开了一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方法，包括：将Ti添加量为0.07%～0.14%的钢水通过精炼、加热后，再进行粗轧后获得中间坯；将所述中间坯进行边部加热后，再进行精轧获得热轧板；将所述热轧板进行U形冷却后卷取成热轧卷；将所述热轧卷矫直开平后获得成品。本发明提供的一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方法，通过冷却过程中采用U形冷却模式，改善了最终产品沿轧制方向的性能均匀性，提高了综合成材率。通过采用中间坯边部感应加热，改善了最终产品沿横向性能均匀性，提高了材料在使用过程中的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料生产技术领域，特别涉及一种提高Ti微合金化高强机 械用钢通卷性能均匀性的方法。

背景技术

屈服强度460MPa～700MPa高强机械用钢目前已广泛应用于制造汽车起重 机、混凝土泵车臂及其他大型机械设备，国内外普遍采用的合金成分体系为Ti 微合金化成分体系，添加0.07%～0.14%的Ti，依靠TiC的析出强化效果大幅提 高材料的强度水平。

公开号为101538680的中国专利介绍了一种基于薄板坯连铸连轧生产方式 生产600MPa级高强钢的生产方法，但该专利未对材料通卷均匀性如何控制进行 研究和阐述。专利公开号为101899616A的中国专利介绍了一种热连轧方式生产 600MPa级高强钢的生产方法，同样未对钢卷内外圈性能及宽度方向均匀性进行 研究和阐述。涉及700MPa级高强钢生产方法的专利中，公开号为101538681 的中国专利介绍了一种采用Nb－Ti－V微合金化生产屈服强度700MPa级高强 钢，公开号为101768698A的中国专利介绍了一种采用高Cr+Nb+Ti强化生产 700MPa级高强钢的生产方法，虽然以上专利给出了具体的轧制工艺参数范围， 但均未对钢卷通卷性能均匀性和板宽方向性能均匀性如何提高和改善进行有针 对性的研究和阐述。

对于Ti含量在0.07%～0.14%的屈服强度460MPa～700MPa高强机械用钢 热连轧板卷的生产，现有技术的不足之处在于：

（1）钢卷最内圈和最外圈强度偏低，沿轧制方向的通卷性能合格率下降。 现有技术没有对如何提高钢卷最内圈和最外圈的强度性能提出有效的改进措 施。

（2）未关注高强机械用钢沿板宽方向的性能波动问题，薄规格（≤5mm） 高强机械用钢沿板宽方向的两个边部强度性能普遍下降150～300MPa，材料在 使用过程中具有极大的安全隐患。现有技术没有对如何提高钢卷沿宽度方向的 强度性能提出有效的改进措施。

通过查对现有技术专利和文献，未见有关针对Ti微合金化高强机械用钢热 轧板卷产品沿轧制方向和横向力学性能均匀性如何改善的报道，本专利根据工 业生产实践验证，提出了一种有效改善Ti微合金化高强钢通卷性能均匀性的措 施，使得成材率显著提高，并可避免用户使用过程中由于材料不同位置的性能 波动造成的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高成材率，且能避免在使用过 程当中材料不同位置性能波动造成安全隐患的一种提高Ti微合金化高强机械用 钢通卷性能均匀性的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高Ti微合金化高强机械用钢通 卷性能均匀性的方法，包括：将Ti添加量为0.07%～0.14%的钢水通过精炼、加 热后，再进行粗轧后获得中间坯；

将所述中间坯进行边部加热后，再进行精轧获得热轧板；

将所述热轧板进行U形冷却后卷取成热轧卷；

将所述热轧卷矫直开平后获得成品。

进一步地，所述将所述中间坯进行边部加热时，将所述中间坯在精轧前使 用感应加热器进行边部加热，使加热后的中间坯温度比粗轧结束温度高0～ 150℃。

进一步地，所述将热轧板进行U形冷却后卷取成热轧卷时，使所述热轧板 最内圈15米内的卷取温度比所述热轧板中间部位的卷取温度高15-20℃，使所 述热轧板最外圈15米内的卷取温度比所述热轧板中间部位的卷取温度高 10-15℃。

本发明提供的一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方法， 通过冷却过程中采用U形冷却模式，提高热连轧钢卷最内圈和最外圈强度力学 性能，从而改善了最终产品沿轧制方向的性能均匀性，提高了综合成材率。通 过采用中间坯边部感应加热，弥补薄规格中间坯边部散热过导致的温降，从而 改善了最终产品沿横向性能均匀性，提高了材料在使用过程中的安全性。

具体实施方式

本发明提供的一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方法， 通过冷却过程中采用U形冷却模式，提高热连轧钢卷最内圈和最外圈强度力学 性能，从而改善最终产品沿轧制方向的性能均匀性；通过采用中间坯边部感应 加热，弥补薄规格中间坯边部散热过导致的温降，从而改善最终产品沿横向性 能均匀性。具体包括以下步骤：

步骤S1：将Ti添加量为0.07%～0.14%的钢水通过精炼、加热后，再进行 粗轧后获得中间坯.

步骤S2：将中间坯进行边部加热后，再进行精轧获得热轧板。将中间坯进 行边部加热时，将中间坯在精轧前使用感应加热器进行边部加热，使加热后的 中间坯温度比粗轧结束温度高0～150℃，用来弥补薄规格中间坯边部散热过快 导致的温降，从而改善最终产品沿横向性能均匀性。

步骤S3：将热轧板进行U形冷却后卷取成热轧卷。将热轧板进行U形冷却 后卷取成热轧卷时，使热轧板最内圈15米内的卷取温度比热轧板中间部位的卷 取温度高15-20℃，使热轧板最外圈15米内的卷取温度比热轧板中间部位的卷 取温度高10-15℃。通过优化冷却过程中的卷取温度曲线形状，弥补带钢卷取后 由于内外圈散热快导致的析出强化效果减弱，从而改善最终产品沿轧制方向的 性能均匀性。

对于Ti添加量为0.07%～0.14%高强机械用钢，材料高的强度性能主要依靠 Ti的纳米级析出强化以及细晶强化来实现，现有技术对材料强化机理已有大量 相关报道。但热连轧钢卷头中尾通卷性能均匀性和沿板宽方向性能均匀性的研 究工作仍需加强。钢卷最内圈和最外圈15米均处于性能不稳定状态，尤其是钢 卷最内圈，强度性能和韧性性能均不稳定，这是由于对于热连轧板卷，带钢头 部位置入精轧温度较高，轧制速度和层流冷却速度相对于钢卷中部位置较慢， 导致晶粒粗大，材料强韧性下降；在带钢卷取后空冷过程中，由于钢卷的最内 圈和最外圈与空气直接接触，温降相对较快导致卷取后钢中的析出强化效果减 弱，与钢卷中间部位相比材料强度下降。

针对沿轧制方向钢卷内圈和外圈强度下降问题，本发明采用的方法为改变 卷取温度曲线形状，采用U形冷却，即钢卷最内圈和最外圈15米卷取温度与中 部正常位置相比提高10~20℃。具体为将板卷最内圈15米卷取温度提高15-20℃， 板卷最外圈15米卷取温度提高10-15℃，弥补带钢卷取后由于内外圈散热快导 致的析出强化效果减弱，从而改善最终产品沿轧制方向的性能均匀性。通过工 业生产验证，采用U形冷却后，Ti微合金化钢卷最内圈15米强度性能显著提高， 可以满足技术条件要求且通卷沿轧向性能均匀性提高，同时由于控制了卷取温 度在一定的温度范围以内，析出数量增加的同时长大并不明显，材料同时具有 良好的塑韧性。

对于Ti添加量为0.07%～0.14%高强机械用钢热轧板卷，带钢横向性能同样 具有波动较大的问题，特别是≤5mm的薄规格高强钢，横向两边缘处强度与中 间正常部位相比，强度最大可下降300MPa。根据国标检验标准，用户只检验钢 板宽度四分之一处性能代替整个检验批性能，钢板宽度边部的性能下降问题很 容易被忽略。由于一般工程机械用钢用户使用过程中对钢板的边部切除量很小， 所以边部强度性能的下降将对材料使用的安全性造成极大的隐患。通过进行边 部与中部组织、析出及力学性能对比发现，造成沿横向边部强度性能大幅下降 的原因为在轧制过程中坯子边部散热快导致了边部温度低于中部，特别针对薄 规格产品，在中间坯进精轧机前，横向边部的温度已低于中部正常位置50℃以 上，在精轧阶段边部温度已经低于或接近相变开始温度，在入层流冷却之前， 边部已开始在较低的冷速下开始相变，相变组织一般为铁素体+珠光体，这种组 织在经过层流冷却过程中会继续长大，造成晶粒粗大，导致力学性能下降，同 时由于大量珠光体的形成，在卷取成卷后已无足够的C与Ti结合形成纳米级析 出，导致强度大幅下降。现有技术中未提出改善Ti微合金化高强钢热轧卷板横 向边部强度性能的有效措施。

本发明介绍了一种有效的提高Ti微合金化高强钢横向性能均匀性的方法， 即中间坯入精轧前使用感应加热器对边部进行加热，使加热后的中间坯温度比 粗轧结束温度高0～150℃，弥补薄规格中间坯边部散热过快导致的温降，从而 改善最终产品沿横向性能均匀性。通过精轧前边部加热器的温度补偿，避免了 在精轧过程中发生相变，保证了钢板横向边部和中部轧制温度的均匀性，避免 了大量珠光体的形成，从而使层流冷却和卷取后有充足的TiC析出，大幅提高 强度性能。

本发明介绍的改善Ti微合金化高强钢的方法具有以下优点：

（1）方法易于实施，具有批量生产可行性。U形冷却只需对层流冷却模 式进行设定即可实现，边部加热器的使用只需进行温度设定。

（2）可显著改善钢卷的通卷性能均匀性，提高综合成材率。钢卷头尾性 能和边部性能的改善可显著提高成材率，减少切头切尾以及切边造成的成材率 损失。

（3）提高了材料在使用过程中的安全性。高强机械用钢一般应用于大型 机械设备的关键受力部件，钢板不同位置的性能波动会造成极大的安全隐患， 本发明方法生产的钢板有效提高了材料通卷性能均匀性，使用安全性得到保证。

本发明具体实施例涉及额钢种为Ti含量为0.07%~0.14%屈服强度 460MPa~700MPa高强机械用钢，以下通过几个具体实施例对本发明进行进一步 说明。

实施例一

本实施例提供的一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方 法，通过改变卷取曲线形状，采用U形冷却，将板卷最内圈15米卷取温度提高 15-20℃，板卷最外圈15米卷取温度提高10-15℃。本实施例中，原工艺的卷取 温度设定值为600℃，本发明将钢卷内圈卷15米内将卷取温度按照620℃控制， 将钢卷最外圈15米内卷取温度按照615℃控制。然后在板卷内圈3米处、钢卷 中部正常位置处以及板卷最外圈1.5米处取样进行力学性能检验。检测项目中冲 击试样尺寸为5mm*10mm*55mm。试验钢的化学成分和力学性能见表1、表2。

表1高强钢化学成分

表2高强钢热轧卷板不同位置力学性能

本实施例中对于Ti微合金化屈服强度460MPa~700MPa高强机械用热轧板 卷，通过采用U形冷却工艺，钢卷最内圈和最外圈强度明显提高。如700MPa 级高强机械用钢，通过U形冷却工艺，内圈3米处屈服强度提高65MPa，抗拉 强度提高40MPa，延伸率和冲击功满足技术标准要求；钢卷最外圈1.5米处强度 提高30MPa，延伸率和冲击功满足技术标准要求。对于600MPa和460MPa强度 级别Ti微合金化高强钢，采用U形冷却工艺同样钢卷内外圈强度性能提高，使 得通卷力学性能均达到了标准要求，轧制方向通卷力学性能均匀性得到改善。

实施例二

本实施例提供的一种提高Ti微合金化高强机械用钢通卷性能均匀性的方 法，通过将中间坯在精轧前先使用感应加热器进行加热，使加热后的中间坯温 度比粗轧结束温度高0～150℃，弥补薄规格中间坯边部散热过导致的温降，从 而改善最终产品沿横向性能均匀性。本实施例选用的钢种为屈服强度700MPa 级Ti微合金化高强钢，Ti含量为0.12%，具体化学成分见表3。生产工艺中粗 轧结束温度设定值为1080℃，按照本发明的方法，中间坯进精轧前进行边部感 应加热，加热温度设定为1150℃。其余轧制工艺参数相同。对比使用边部加热 器与一般工艺下不使用边部加热器轧制成品材料沿钢板横向力学性能均匀性。 钢板轧制的最终厚度为3mm和5mm，检验项目为纵向拉伸试验，边部检验位置 为距离板边10mm~30mm处。力学性能检验结果见表4。

表3高强钢化学成分

C Si Mn P S Alt Mo Nb Ti [N]

0.065 0.20 1.85 0.011 0.003 0.043 0.16 0.065 0.12 0.003

表4高强钢热轧卷板不同位置力学性能

本实施例中对于Ti微合金化屈服强度700MPa级高强机械用热轧板卷，通 过对中间坯使用边部加热器，板宽边部纵向强度显著提高。通过检验，使用边 部加热器后3mm厚700MPa级高强机械用钢纵向屈服强度由464MPa提高至 735MPa，抗拉强度由660MPa提高至775MPa，延伸率达到技术标准要求；5mm 厚700MPa级高强机械用钢纵向屈服强度由575MPa提高至715MPa，抗拉强度 由695MPa提高至760MPa，延伸率达到技术标准要求。通过观察金相组织和析 出发现，未使用边部加热器边部组织为粗大铁素体+珠光体组织，析出较少；使 用边部加热器后，边部组织为细化的多边形铁素体并且观察到了大量纳米级TiC 析出，导致强度显著提高。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例将钢卷内圈卷15米内将卷 取温度按照615℃控制，将钢卷最外圈15米内卷取温度按照610℃控制。其他 地方与实施例一完全一致。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例将钢卷内圈卷15米内将卷 取温度按照618℃控制，将钢卷最外圈15米内卷取温度按照613℃控制。其他 地方与实施例一完全一致。

实施例五

本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例生产工艺中粗轧结束温度 设定值为1080℃，按照本发明的方法，中间坯进精轧前进行边部感应加热，加 热温度设定为1230℃。

实施例六

本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例生产工艺中粗轧结束温度 设定值为1080℃，按照本发明的方法，中间坯进精轧前进行边部感应加热，加 热温度设定为1100℃。

实施例七

本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例生产工艺中粗轧结束温度 设定值为1080℃，按照本发明的方法，中间坯进精轧前进行边部感应加热，加 热温度设定为1200℃。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非 限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方 案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。