專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造熱軋帶材和板材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在一生產(chǎn)設(shè)備中制造熱軋帶材和板材的方法，該生產(chǎn)設(shè)備由一板坯連續(xù)鑄造設(shè)備、一加熱爐和一斯蒂克爾軋機(jī)組成，板坯的厚度為100～180mm，從連續(xù)鑄造設(shè)備出來(lái)的出口溫度超過(guò)1000℃。
在一以名為FFM(通用扁材軋機(jī))的盡人皆知的既用于刺造熱軋帶材，也用于制造板材的生產(chǎn)設(shè)備中，厚度100～180mm的板坯用一輥道直接從連續(xù)鑄造設(shè)備被運(yùn)輸至加熱爐，趁熱放入并加熱，并在離開(kāi)加熱爐以后在一單機(jī)架或多機(jī)架斯蒂克爾軋機(jī)中軋制成一種帶材或多種板材。
板坯在離開(kāi)連續(xù)鑄造設(shè)備后的溫度通常為1000～1150℃之間，并在其在輥道上被運(yùn)輸至加熱爐時(shí)下降。趁熱加入加熱爐是在溫度為750～950℃之間進(jìn)行的。在加熱爐中，板坯沿厚度、寬度和長(zhǎng)度被均勻地加熱至與材料有關(guān)的溫度1050～1280℃。
說(shuō)明趁熱加入的特性的是這樣的事實(shí)，即在軋機(jī)中第一次變形之前，如果在板坯從連續(xù)鑄造設(shè)備輸送至加熱爐時(shí)，表面溫度不低于或只略低于和短期低于轉(zhuǎn)變溫度，則沿板坯厚度在靠近表面的區(qū)域不產(chǎn)生或只產(chǎn)生很少的奧氏體/珠光體轉(zhuǎn)變。隨著板坯凝固產(chǎn)生的粗晶粒初次奧氏體大部分保留，直至在軋機(jī)中變形。奧氏體晶粒尺寸在加熱爐中可取決于材料和根據(jù)加熱技術(shù)還會(huì)長(zhǎng)大。
與冷加入相比，趁熱加入的方法導(dǎo)致在該加熱過(guò)程中節(jié)約加熱能量和加熱時(shí)間。
上述趁熱加入的方法已經(jīng)證明適合于含銅量少于0.3％的鋼。在鋼中的含銅量較高時(shí)，在加熱爐中在起皮時(shí)游離的銅沉積在初次奧氏體的晶界上。根據(jù)銅的含量、加熱溫度和起氧化皮，這種在晶界上的銅沉積在軋機(jī)中變形時(shí)可造成其形式為網(wǎng)狀裂紋的材料分離。
在EP 0686702 A1中，為了解決在薄板坯鑄件軋制設(shè)備中也會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題，建議將40～70mm厚的薄板坯的表面在一布置在連續(xù)鑄造設(shè)備的后面的冷卻段中如此降低至一低于Ar3-溫度的溫度，以使在輥底式爐中重新加熱后，在至少為2mm深的靠近表面的區(qū)域至少有70％的奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體/珠光體，并且?jiàn)W氏體晶界有新的取向。在冷卻段中冷卻時(shí)，平均表面溫度不應(yīng)當(dāng)?shù)陀诟髯缘牟牧腺|(zhì)量的馬氏體閾值。
總體來(lái)說(shuō)可以確定，按現(xiàn)有技術(shù)，在軋制鋼錠、鋼坯和板坯時(shí)，如果將趁熱加入的方法用在加熱爐中，作為與連續(xù)鑄造設(shè)備與軋機(jī)的直接結(jié)合，就要產(chǎn)生一定的化學(xué)成份裂紋或材料分離。
在JP 59-189001中建議，對(duì)于含有5～100ppm的硼、0.03％～0.15％的硫和0.5％～2.0％的硅的碳鋼鋼坯，在連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐之間的區(qū)域中，同樣有靠近表面的外層的快速冷卻，以避免在軋制時(shí)在軋制件中出現(xiàn)裂紋。
在EP 0587150 A1中認(rèn)為，趁熱加入時(shí)的AlN離析是含有0.008％～0.030％的N和0.03～0.25％的Pb的鋁鎮(zhèn)靜鋼在軋制時(shí)在軋制件中產(chǎn)生裂紋的原因。推薦對(duì)大鋼坯的靠近表面的外層進(jìn)行快速冷卻，在貝氏體區(qū)產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，以阻止AlN離析?？焖倮鋮s在連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐之間進(jìn)行。
在美國(guó)專(zhuān)利5634512中認(rèn)為，在趁熱加入時(shí)，Al、V和N的離析是大鋼坯、鋼坯和板坯產(chǎn)生裂紋的原因，它是由于在空氣中冷卻時(shí)的拉伸應(yīng)力引起的。建議同樣使靠近表面的至少為10mm的外層快速冷卻至400℃，接著通過(guò)以后從芯部區(qū)域流出的熱在900℃自退火。用于快速冷卻的裝置位于連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐之間。設(shè)置冷卻裝置的針對(duì)材料特性的控制與調(diào)節(jié)設(shè)備。
所描述的技術(shù)現(xiàn)狀是共同的，即在工藝路線連續(xù)鑄造設(shè)備-加熱爐/均熱爐-軋機(jī)中采用趁熱加入而造成裂紋和材料分離的固有原因、過(guò)程和機(jī)理至今還未能清楚地說(shuō)明。只是提供了多種上述原因的組合的可能性。不過(guò)，在現(xiàn)有技術(shù)水平中，通常都建議，快速冷卻連續(xù)鑄造材料的靠近表面的外層至低于轉(zhuǎn)變溫度，接著通過(guò)以后從芯部流出的熱退火。如同在

圖1a中所繪出的表示現(xiàn)有技術(shù)水平的曲線所指出的那樣，在所有上述專(zhuān)利中都提出了表面溫度局部低于馬氏體閾值的危險(xiǎn)性。圖1a示出了表面溫度隨時(shí)間的變化。
按現(xiàn)有技術(shù)水平，建議將用于快速冷卻的裝置的位置設(shè)在連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐或均熱爐之間。如同在圖1b和2中同樣在變化曲線中所繪出的表示現(xiàn)有技術(shù)水平的曲線所指出的那樣，靠近表面的外層的部分轉(zhuǎn)度為鐵素體/珠光體是與奧氏體晶界在重新加熱后的晶粒細(xì)化和新取向有聯(lián)系的。
試驗(yàn)研究進(jìn)一步指出，在銅含量大于0.3％和含鋁0.02％～0.05％。含N 0.008％～0.020％以及銅/鎳比大于3的鋼中，盡管在連續(xù)鑄造設(shè)備之后和在放入加熱爐之前，板坯的靠近表面層快速冷卻并產(chǎn)生部分的組織轉(zhuǎn)變，但是板坯在以后軋制成板材時(shí)仍然會(huì)產(chǎn)生裂紋或材料分離。
本發(fā)明的目的為，保證在一上述類(lèi)型的聯(lián)合的熱軋帶材/板材生產(chǎn)設(shè)備中，能無(wú)缺陷地加工即使是高Cu、Al和N含量的鋼。
按照本發(fā)明，建議在連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐之間僅僅在線地變形最初已經(jīng)去掉氧化皮的板坯的靠近表面的外層，并在變形以后和期間再結(jié)晶，接著多段地冷卻至一低于Ar3轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，并且暫時(shí)保持，直至再結(jié)晶的細(xì)晶粒奧氏體變?yōu)殍F素體/珠光體的組織轉(zhuǎn)變結(jié)束。
這在設(shè)備技術(shù)上意味著，在將板坯放入加熱爐之前，要經(jīng)歷一表面變形組，它由氧化皮清洗機(jī)、一具有或沒(méi)有一體的鐓粗機(jī)的單機(jī)架或多機(jī)架軋機(jī)組和一可控制的并可調(diào)節(jié)的冷卻段。在氧化皮清洗機(jī)中，表面被完全去掉氧化皮。
在本發(fā)明的一個(gè)改造中規(guī)定，按5％～15％的總壓下量和小于0.8的直徑優(yōu)化的輥隙比ld/hm變形板坯。軋制速度對(duì)應(yīng)于鑄造速度。通過(guò)軋輥直徑和壓下量的優(yōu)化，前面推薦的由加壓的長(zhǎng)度與平均的軋制件厚度構(gòu)成的輥隙比要如此調(diào)整，以使按照本發(fā)明的另一特征，通過(guò)選擇壓下量和輥隙比，靠近表面的區(qū)域相當(dāng)于一其最大為板坯厚度的四分之一的厚度，而芯部區(qū)仍然幾乎不變形。
通過(guò)變形，在軋機(jī)組的各個(gè)機(jī)架的輥隙中，連續(xù)鑄造材料的靠近表面的區(qū)域根據(jù)變形條件部分到全部動(dòng)態(tài)地再結(jié)晶。在從軋機(jī)組的各個(gè)機(jī)架的輥隙出來(lái)以后，軋制件的已經(jīng)變形的靠近表面的外層產(chǎn)生部分的至全部的靜態(tài)再結(jié)晶。圖1a用虛線示出了靠近表面的區(qū)域的溫度變化。通過(guò)動(dòng)態(tài)的和靜態(tài)的再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)靠近表面的外層的晶粒細(xì)化(參看圖1b，虛線)，也就是說(shuō)，粗晶粒的初次奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檐堉坪蟮募?xì)晶粒組織。
為了避免靠近表面的外層的晶粒由于仍然還高的850～1050℃的溫度而長(zhǎng)大，在再結(jié)晶結(jié)束以后將其在冷卻段中分段冷卻。在該冷卻中，同時(shí)要低于Ar3轉(zhuǎn)變溫度，由此，與傳統(tǒng)的方法1相比，靠近表面的外層的通過(guò)軋制再結(jié)晶并細(xì)化的晶粒明顯地轉(zhuǎn)變得更快并且轉(zhuǎn)變成還要細(xì)的鐵素體/珠光體組織(參看圖1和2)。按照本發(fā)明，由多個(gè)噴嘴組組成的冷卻段的強(qiáng)度要如此控制和調(diào)節(jié)，以使板坯的表面溫度既不達(dá)到貝氏體區(qū)，也不低于各自的材料質(zhì)量的馬氏體閾值。
靠近表面的外層的多段冷卻要進(jìn)行至直至再結(jié)晶的和細(xì)化的奧氏體晶粒實(shí)現(xiàn)100％轉(zhuǎn)變成鐵素體/珠光體。對(duì)此，預(yù)先規(guī)定，控制系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)板坯厚度和鑄造速度、靠近表面的外層的平均溫度，在保持為100％的組織轉(zhuǎn)變所必需的冷卻溫度和冷卻時(shí)間以及各個(gè)材料質(zhì)量的貝氏體起始溫度和馬氏體起始溫度的情況下，調(diào)節(jié)冷卻段的噴嘴組的中間壓力。
通過(guò)靠近表面的外層的變形與低于Ar3轉(zhuǎn)變溫度的分段冷卻的綜合，與傳統(tǒng)的方法(參看圖1b)相比，形成一明顯的細(xì)晶粒鐵素體/珠光體組織，一直到將板坯放入加熱爐為止。由此，在重新加熱時(shí)，由于組織轉(zhuǎn)變，還得到一具有明顯的細(xì)晶粒奧氏體晶界的完全的新取向。
通過(guò)在明顯的細(xì)晶粒奧氏體晶界的完全的重新取向可以將帶有大于0.3％的銅含量和添加有Al和N以及銅/鎳比大于3的鋼趁熱放入所述的生產(chǎn)設(shè)備中進(jìn)行加工。
權(quán)利要求
1．用于在一生產(chǎn)設(shè)備中制造熱軋帶材和板材的方法，該生產(chǎn)設(shè)備由一板坯連續(xù)鑄造設(shè)備、一氧化皮清洗機(jī)、一具有或沒(méi)有一體的鐓粗機(jī)的單機(jī)架或多機(jī)架軋機(jī)組、一冷卻段、一加熱爐和一斯蒂克爾軋機(jī)組成，所述的板坯的厚度為100～180mm，其特征為，在連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐之間僅僅在線地變形最初已經(jīng)去掉氧化皮的板坯的靠近表面的外層，并在變形時(shí)和之后進(jìn)行再結(jié)晶，接著多段地冷卻至一低于Ar3轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，并且暫時(shí)保持，直至再結(jié)晶的細(xì)晶粒奧氏體變?yōu)殍F素體/珠光體的組織轉(zhuǎn)變結(jié)束。
2．如權(quán)利要求1的方法，其特征為，按5％～15％的總壓下量和小于0.8的直徑優(yōu)化的輥隙比ld/hm變形板坯。
3．如權(quán)利要求1和2的方法，其特征為，通過(guò)選擇壓下量和輥隙比，變形的靠近表面的區(qū)域相當(dāng)于一其最大為板坯厚度的四分之一的厚度。
4．如權(quán)利要求1和3的方法，其特征為，由多個(gè)噴嘴組組成的冷卻段的強(qiáng)度要如此控制和調(diào)節(jié)，以及板坯的表面溫度既不達(dá)到貝氏體區(qū)，也不低于各自的材料質(zhì)量的馬氏體閾值。
5．如權(quán)利要求1和4的方法，其特征為，控制系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)板坯厚度和鑄造速度、靠近表面的外層的平均溫度，在保持為100％的組織轉(zhuǎn)變所必需的冷卻溫度和冷卻時(shí)間以及各個(gè)材料質(zhì)量的貝氏體起始溫度和馬氏體起始溫度的情況下，調(diào)節(jié)冷卻段的噴嘴組的中間壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一在一生產(chǎn)設(shè)備中制造熱軋帶材的板材的方法，該生產(chǎn)設(shè)備由一板坯連續(xù)鑄造設(shè)備、一氧化皮清洗機(jī)、一具有或沒(méi)有一體的鐓粗機(jī)的單機(jī)架或多機(jī)架軋機(jī)組、一冷卻段、一加熱爐和一斯蒂克爾軋機(jī)組成，板坯的厚度為100～180mm。此時(shí)，在連續(xù)鑄造設(shè)備與加熱爐之間僅僅在線地變形最初已經(jīng)去掉氧化皮的板坯的靠近表面的外層，并在變形以后再結(jié)晶，接著多段地冷卻至一低于Ar3轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，并且暫時(shí)保持，直至再結(jié)晶的細(xì)晶粒奧氏體變?yōu)殍F素體/珠光體的組織轉(zhuǎn)變結(jié)束。
文檔編號(hào)C21D8/04GK1317999SQ99810898
公開(kāi)日2001年10月17日 申請(qǐng)日期1999年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月14日
發(fā)明者烏多·法爾肯雷克, 烏韋·奎特曼, 哈拉爾德·韋哈格 申請(qǐng)人:Sms德馬格股份公司