一种基于轧制变形和快速相变的板带钢材的生产方法

摘要

本发明属于钢材制备领域，尤其涉及一种基于轧制变形和快速相变的板带钢材的生产方法。其要点在于将薄规格连铸坯或热轧态钢板温轧，然后通过加热装置以30-200℃/s的加热速度加热到适当温度，再通过冷却装置以10-50℃/s的冷却速度进行冷却，轧件冷却后进入单机架强力轧机进行轧制变形，然后以10-100℃/s的速度冷却至室温，矫直机进行矫直，得到板带钢材产品；或者将轧件冷却后送入多机架连轧机组进行轧制变形，然后以10-100℃/s的速度冷却至室温，通过卷取机卷取，得到热轧板卷产品。本发明的生产方法能够在生产线上生产微观组织在亚微米尺度的板带钢产品，屈服强度最高达到1150MPa，有利于在工业生产中推广应用。

说明书

技术领域

本发明属于钢材制备领域，尤其涉及一种基于轧制变形和快速相变的板带钢材的生产方法。

背景技术

近年来，超细晶制备一直是钢铁研究领域中的热点话题，原因在于晶粒细化是现今提高钢的强度同时又不降低韧性的唯一方法。很多研究者制备出了晶粒尺寸小于1μm的超细晶。如申请号为 200980100971.0，名为“通过等通道转角挤压（ECAE）生产超细晶粒的无间隙原子（IF）钢”的专利中，将IF钢坯料通过呈90o角的通道经至少四次挤压提供了一种晶粒尺寸约200nm的长型产品。但是，这种方法的不足之处在于需要特殊的设备和复杂的制备工艺来实现大应变变形，无法使用传统的轧制工艺生产，难以生产大尺寸的产品。此外，这种方法只能对IF钢等较软金属实施变形，很难应用于高强钢的实际生产。

本申请人曾提出一种制备超细晶微合金结构钢的专利技术，申请号为200510047742.0，其基本内容是：对淬火-回火态的结构钢进行温轧，之后在垂直轧制方向进行一定程度的冷轧，然后快速升温900℃左右，获得超细化的高温奥氏体；之后钢材冷却到700℃左右进行轧制变形，变形后空冷或水雾冷却至室温。采用这种方法最终获得了晶粒尺寸为50-70nm的超细晶钢。但其不足之处快速加热以及后续轧制过程只能在热模拟试验机上完成，因此利用这一技术只能在实验室制备小尺寸的样品，而无法实现工业化生产。

目前热轧板带钢材工业化轧制工艺主要有两种：一种是中厚板生产工艺，板材原料经加热炉、单机架或双机架可逆式轧机、轧后冷却线、矫直机等设备，利用控制轧制和控制冷却技术，可以得到屈服强度达690MPa的高强度钢板，利用调质热处理线可以生产屈服强度1000MPa以上的超高强钢板；另外一种是热连轧生产工艺，板材原料经加热炉、粗轧机、精轧机组、轧后冷却线、卷取机等设备，可以得到屈服强度800MPa左右的热轧带钢。基于上述热连轧生产工艺和中厚板生产工艺的超高强钢材生产工艺，产品抗拉强度超过1000MPa时，其延伸率通常较低，钢铁材料的性能潜力还没有得到充分的发挥。目前，采用控轧控冷技术生产的高强度热轧板带材往往综合了细晶强化、固溶强化、位错强化、析出强化等多种强化机制，其中，细晶强化是十分重要的手段之一。但是，在现有工业化生产线上，晶粒细化的尺度只能达到3μm左右，晶粒进一步细化难度很大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于轧制变形和快速相变的板带钢材的生产方法（RTRP，Rapid Transformation Rolling Process），可实现超细晶（晶粒尺寸≤500nm）钢的工业化生产。

实现本发明生产热轧态钢板的技术方案是：将热轧态板坯送入低温加热炉加热至300-650℃，保温1h后进入单机架强力轧机进行温轧，温轧之后轧件通过加热装置以30-200℃/s的加热速度加热到钢板相变温度A_C3以上5-20℃，保温1-15s，然后通过冷却装置以10-50℃/s的冷却速度对轧件进行冷却，轧件冷却到600-750℃后进入单机架强力轧机进行轧制变形，然后通过快速冷却装置以10-100℃/s的速度冷却至室温，通过矫直机进行矫直，得到板带钢材产品。

实现本发明生产热轧态板卷的技术方案是：将热轧态板坯送入低温加热炉加热至300-650℃，保温1h后进入单机架强力轧机进行温轧，温轧之后轧件通过加热装置以30-200℃/s的加热速度加热到钢板相变温度A_C3以上5-20℃，保温1-15s，然后通过冷却装置以10-50℃/s的冷却速度对轧件进行冷却，轧件冷却到600-750℃后送入多机架连轧机组进行轧制变形，轧后通过快速冷却装置以10-100℃/s的速度冷却至200-400℃，然后通过卷取机卷取，得到热轧板卷产品。

其中所述的温轧形变量至少为60%；

所述的轧件冷却后进入单机架强力轧机或多机架连轧机组中轧制变形的总变形量至少为70%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的生产方法能够生产微观组织在亚微米-纳米尺度的板带钢产品，而且根据实际需要进行微观组织细化和相组成的控制；本发明进行组织控制的原理是通过温轧和快速加热获得超细化的奥氏体，然后通过对冷却过程中超细化的奥氏体进行变形和相变控制，这不同于现有的板带钢材热轧生产线利用奥氏体再结晶和轧后冷却过程相变控制的TMCP原理；

（2）本发明的生产方法能够对微观组织为铁素体/珠光体，或其它组织的钢坯或钢板进行300-650℃范围内的温轧，这种温轧有助于渗碳体或其它析出物部分溶解，渗碳体的球化，进而使组织中碳化物的分布均匀化，这有利于提高加热过程奥氏体相变的形核率；

（3）本发明的生产方法对轧件以超过30℃/s的升温速度快速加热，快速加热的温度可以根据钢材的化学成分以及组织控制的需要来确定，通过加热过程中的快速相变证获得超细化的高温奥氏体和第二相粒子的适当溶解；

（4）本发明的生产方法对轧件在快速加热之后进行冷却，在冷却过程中能够进行轧制变形，轧制变形之后又能够进行较宽冷却速度范围内的冷却，这种工艺能够使超细化的奥氏体在变形过程中进行分解相变，从而获得亚微米甚至纳米尺度的微观组织；

（5）本发明的生产方法采用薄规格的连铸坯或一定厚度的中厚板板坯作为原料，产品可以是板材，也可以是板卷，这主要是根据冷却之后的轧机是可逆式单机架还是多机架连轧机组来确定。

说明书附图

图1是本发明生产热轧板材的工艺流程示意图；

其中1：低温加热炉；2a：单机架强力轧机；3：快速感应加热装置；4a：快速冷却装置；2b：单机架强力轧机；4b：快速冷却装置；5：矫直机；

图2是本发明生产热轧板卷的工艺流程示意图；

其中1：低温加热炉；2a：单机架强力轧机；3：快速感应加热装置；4a：快速冷却装置；6：多机架连轧机组；4b：快速冷却装置；7：卷取机；

图3是本发明实施例获得的板带钢材的金相照片。

具体实施方式

本发明实施例所用钢材为低碳微合金钢，其化学成分各组分的质量分数如下表所示。

CSiMnPSAlNNbTiFe及杂质0.151.401.810.0080.0020.0350.00290.0320.04596.589

实施例1

参照说明书附图1，选取40mm厚的热轧态板坯，将其通过低温加热炉1加热至600℃，保温1小时后进入单机架强力轧机2a温轧至16mm，温轧之后的轧件通过快速感应加热装置3以50℃/s的加热速度被迅速加热至930℃，保温1s，然后通过快速冷却装置4a以10℃/s的冷速冷却至700℃，立即进入单机架强力轧机2b进行轧制至7mm，轧后通过快速冷却装置4b以100℃/s冷速冷却至室温，冷却之后通过矫直机5进行矫直，得到板带钢材产品；最终钢板的平均晶粒尺寸≤500nm，屈服强度895MPa，抗拉强度1024MPa，延伸率12.3%。

实施例2

参照说明书附图2，选取40mm厚的热轧态板坯，将其通过低温加热炉1加热至650℃，保温1小时后进入单机架强力轧机2a温轧至12mm，温轧之后的轧件通过快速感应加热装置3以30℃/s的加热速度被迅速加热至930℃，保温5s，然后通过快速冷却装置4a以30℃/s的冷速冷却至650℃，立即进入多机架连轧机组6轧制至2mm，轧后通过快速冷却装置4b以50℃/s的冷速冷却至400℃，之后通过卷取机7进行卷取，得到板卷钢材产品；最终产品的平均晶粒尺寸≤500nm，屈服强度1150MPa，抗拉强度1325MPa，延伸率11.5%。

实施例3

参照说明书附图2，选取20mm厚的热轧态板坯，将其通过低温加热炉1加热至400℃，保温1小时后进入单机架强力轧机2a温轧至8mm，温轧之后的轧件通过快速感应加热装置3以50℃/s的加热速度被迅速加热至900℃，保温8s，然后通过快速冷却装置4a以10℃/s的冷速冷却至600℃，立即进入多机架连轧机组6轧制至2mm，轧后通过快速冷却装置4b以10℃/s冷速冷却至300℃，之后通过卷取机7进行卷取，得到板卷钢材产品；最终产品的平均晶粒尺寸≤500nm，屈服强度992MPa，抗拉强度1135MPa，延伸率12.2%。

实施例4

参照说明书附图2，选取30mm厚的热轧态板坯，将其通过低温加热炉1加热至500℃，保温1小时后进入单机架强力轧机2a温轧至12mm，温轧之后的轧件通过快速感应加热装置3以100℃/s的加热速度被迅速加热至930℃，保温15s，然后通过快速冷却装置4a以20℃/s的冷速冷却至600℃，立即进入多机架连轧机组6轧制至3mm，轧后通过快速冷却装置4b以40℃/s冷速冷却至200℃，之后通过卷取机7进行卷取，得到板卷钢材产品；最终产品的平均晶粒尺寸≤500nm，屈服强度980MPa，抗拉强度1006MPa，延伸率13.1%。

实施例5

参照说明书附图1，选取50mm厚的薄规格连铸坯，将其通过低温加热炉1加热至300℃，保温1小时后进入单机架强力轧机2a温轧至16mm，温轧之后的轧件通过快速感应加热装置3以200℃/s的加热速度被迅速加热至930℃，保温10s，然后通过快速冷却装置4a以50℃/s的冷速冷却至750℃，立即进入单机架强力轧机2b进行轧制至7mm，轧后通过快速冷却装置4b以80℃/s冷速冷却至室温，冷却之后通过矫直机5进行矫直，得到板带钢材产品；最终钢板的平均晶粒尺寸≤500nm，屈服强度993MPa，抗拉强度1197MPa，延伸率12.8%。