一种微合金热轧高强钢卷及其制备方法与流程

1.本发明属于钢卷制造技术领域，尤其涉及一种微合金热轧高强钢卷及其制备方法。


背景技术：

2.随着钢铁行业技术的进步，基于mx相(包括mc、mn相)纳米析出强化的微合金热轧高强钢的生产技术不断得到优化，力学性能不断得到提升，抗拉强度从550mpa级逐渐发展到900mpa级，广泛应用于集装箱、工程机械、商用车等领域。热轧钢产品整卷和异卷性能波动大，将导致开平翘曲、切割变形、折弯与辊压的回弹角度超差、冲孔模具使用寿命降低、结构强度不稳定等问题，大大增加了下游制造成本和应用风险。因此，微合金热轧高强钢卷对性能均匀性的要求越来越高。
3.ti、nb微合金化钢的显微组织和力学性能对冷却速度和卷取温度敏感，在一定合适的卷取温度范围下，获得纳米粒子充分析出的细晶铁素体组织，具有最高的强度，而这个温度范围较窄(一般在20℃以内)。而不同热轧钢卷的实际卷取温度波动往往达到40℃，导致微合金析出不充分，钢卷的通卷性能均匀性较差(热轧钢板通卷的强度波动最高达到150-200mpa)。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种微合金热轧高强钢卷及其制备方法，解决了现有技术中微合金析出不充分、钢卷的通卷性能均匀性较差的问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供了一种微合金热轧高强钢卷的制备方法，包括如下步骤：
7.步骤1：提供一微合金热轧钢的连铸坯；
8.步骤2：对微合金热轧钢的连铸坯进行轧制和层流冷却，控制终轧温度为850℃～870℃，得到轧制钢板；
9.步骤3：对轧制钢板进行感应加热，使得轧制钢板的温度维持在610～630℃；
10.步骤4：对感应加热后的钢板进行卷取，得到待冷却钢卷；
11.步骤5：对待冷却钢卷放入缓冷坑进行冷却，得到微合金热轧高强钢卷。
12.进一步地，轧制钢板的厚度为12mm以下(例如，1.5～12mm)。
13.进一步地，在进入感应加热之前，轧制钢板的温度低于580℃。
14.进一步地，上述步骤2中，轧制包括加热、粗轧和精轧，其中，加热温度为1250～1270℃，加热时间为3～5h，粗轧的终轧温度为1070～1120℃，精轧的开轧温度为1040～1070℃。
15.进一步地，上述感应加热的加热速率为48～52℃/s，感应加热后的钢板头部、中部和尾部的卷取温度的波动≤
±
10℃。
16.进一步地，上述卷取包括如下步骤：
17.从感应加热后的钢板头部卷取至尾部，得到待冷却钢卷，其中，从钢卷的中心至次外层，各层之间紧密贴合，次外层与最外层具有间隙，钢卷的两端扣设保温盖，使得次外层与最外层的间隙为密封腔室。
18.进一步地，上述从感应加热后的钢板头部卷取至尾部包括如下步骤：
19.计算并标记次外层与最外层连接线的位置，沿连接线加工多个贯穿感应加热后的钢板的通孔；
20.从感应加热后的钢板头部卷取至次外层，将固定带穿过通孔捆住次外层钢板，使得从钢卷的中心至次外层，各层之间紧密贴合；
21.从连接线卷取至感应加热后的钢板尾部，形成最外层，次外层与最外层具有间隙。
22.进一步地，上述得到钢卷之后还包括如下步骤：
23.在钢卷外壁包覆保温罩。
24.进一步地，上述步骤5中，冷却可以包括如下步骤：
25.将待冷却钢卷放入缓冷坑，对待冷却钢卷进行冷却；
26.或者，将多个待冷却钢卷进行箱式堆垛，对待冷却钢卷进行冷却；
27.上述两种方式冷却时间均为48～72h。
28.本发明还提供了一种微合金热轧高强钢卷，其采用上述微合金热轧高强钢卷的制备方法制得。
29.进一步地，上述微合金热轧高强钢卷的连铸坯的组成，按质量百分比计包括：c 0.05～0.12％，mn 1.50～2.00％，si 0.05～0.30％，p≤0.015％，s≤0.005％，nb 0.01～0.06％，ti 0.02～0.20％，mo≤0.25％，cr≤0.20％，v≤0.20％，n≤0.0050％，al
s 0.015～0.050％，其余量为fe和不可避免杂质。
30.进一步地，上述微合金热轧高强钢卷的微观组织包括准多边形铁素体和/或针状铁素体组织。
31.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
32.a)本发明提供的微合金热轧高强钢卷的制备方法，一方面，由于在感应加热之前，微合金的析出不均匀且粒径不可控，因此，通过控制终轧温度低于常规终轧温度(通常在880℃以上)，使ti、nb等微合金元素在轧制过程中不充分析出，也就是说，尽量减少ti、nb等微合金元素在轧制过程中的析出量；另一方面，在轧制与卷取两个步骤之间增设感应加热，通过感应加热控制轧制钢板整体的温度均匀性，保证其整体均能够处于微合金元素析出的最佳温度范围(610～630℃)，此时，再对感应加热后的钢板进行加热，能够有效改善钢卷头部、中部尾部以及内外两侧的温度均匀性，同时，促进nb、ti等纳米相充分、均匀析出，最终实现提高热轧钢板通卷性能均匀性的目的。
33.b)本发明提供的微合金热轧高强钢卷的制备方法，微合金热轧高强钢卷主要以铁素体为基体，通过添加ti、nb等微合金元素来细化晶粒与析出第二相粒子，实现强化效果。较传统微合金设计，提高纳米mx粒子体积分数(质量分数)、细化纳米mx粒子尺寸是显著提高沉淀强化增量的关键。轧制过程中，钢板头部、中部、尾部以及内外两侧不可避免存在温度差异，采用低温轧制，控制ti、nb等微合金元素在钢中不充分析出，大部分仍以固溶态形式存在，经过快速感应加热，提高钢板头部、中部、尾部以及内外两侧不同位置温度均匀性，卷取温度选择ti、nb等微合金元素纳米析出相在铁素体中最佳析出温度范围，卸卷后采用
缓冷措施，使mx相在卷取后均匀、充分析出。
34.c)本发明提供的微合金热轧高强钢卷的制备方法，一方面，从钢卷的中心至次外层，各层之间紧密贴合，由于各层均经过感应加热，温度较高，彼此之间能够进行热辐射，维持整体处于微合金析出的最佳温度范围；另一方面，最外层与次外层具有间隙，且通过保温盖的设置使得间隙形成密闭腔室，这样，间隙将最外层与次外层隔开，由于间隙为密闭腔室，避免间隙中空气的对流，空气的导热系数小于金属的导热系数，相当于在次外层外壁增加了一层保温结构，有效减缓钢卷中心至次外层的冷却速度，为微合金析出预留足够的析出时间，从而能够进一步提高微合金析出量。
35.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
36.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
37.图1为本发明实施例1提供的微合金热轧高强钢卷中卷头位置的mx纳米相粒径分布；
38.图2为本发明实施例1提供的微合金热轧高强钢卷中卷头 100m位置的mx纳米相粒径分布；
39.图3为本发明实施例1提供的微合金热轧高强钢卷中卷头位置的mx 200m纳米相粒径分布；
40.图4为本发明实施例1提供的微合金热轧高强钢卷中卷尾位置的mx纳米相粒径分布。
具体实施方式
41.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
42.同一热轧钢卷在卷取时头、中、尾的卷取温度不同，在卷取中和卸卷后卷头、卷中、卷尾的空冷速度不均匀，钢卷的内外圈及两侧冷却较快，而内部冷却较慢，冷速不同，导致显微组织和纳米粒子析出存在差异，从而使得热轧钢通卷性能不均匀。目前，提高微合金热轧钢板性能均匀性的方法，大多是在热轧控制冷却过程中通过头尾遮蔽、辊道速度变化或分段冷却等措施来提高钢板冷却均匀性，而这些措施并不能从根本上解决卷取时钢卷头、中、尾以及内外两侧温度波动大的问题。
43.本发明提供了一种微合金热轧高强钢卷的制备方法，包括如下步骤：
44.步骤1：提供一微合金热轧钢的连铸坯；
45.步骤2：对微合金热轧钢的连铸坯进行轧制和层流冷却，控制终轧温度为850℃～870℃，得到轧制钢板，上述轧制钢板的厚度为12mm以下(例如，1.5～12mm)；
46.步骤3：对轧制钢板进行感应加热，使得轧制钢板的温度维持在610～630℃；
47.步骤4：对感应加热后的钢板进行卷取，得到待冷却钢卷；
48.步骤5：对待冷却钢卷放入缓冷坑进行冷却，得到微合金热轧高强钢卷。
49.需要说明的是，在步骤2轧制之后、步骤3感应加热之间，轧制钢板会经历层流冷却的过程，该过程使得轧制钢板的温度降低，在进入感应加热之前，轧制钢板的温度低于580℃。
50.与现有技术相比，本发明提供的微合金热轧高强钢卷的制备方法，一方面，由于在感应加热之前，微合金的析出不均匀且粒径不可控，因此，通过控制终轧温度低于常规终轧温度(通常在880℃以上)，使ti、nb等微合金元素在轧制过程中不充分析出，也就是说，尽量减少ti、nb等微合金元素在轧制过程中的析出量；另一方面，在轧制与卷取两个步骤之间增设感应加热，通过感应加热控制轧制钢板整体的温度均匀性，保证其整体均能够处于微合金元素析出的最佳温度范围(610～630℃)，此时，再对感应加热后的钢板进行加热，能够有效改善钢卷头部、中部尾部以及内外两侧的温度均匀性，同时，促进nb、ti等纳米相充分、均匀析出，最终实现提高热轧钢板通卷性能均匀性的目的。
51.具体来说，采用该制备方法的依据如下：微合金热轧高强钢卷主要以铁素体为基体，通过添加ti、nb等微合金元素来细化晶粒与析出第二相粒子，实现强化效果。较传统微合金设计，提高纳米mx粒子体积分数(质量分数)、细化纳米mx粒子尺寸是显著提高沉淀强化增量的关键。轧制过程中，钢板头部、中部、尾部以及内外两侧不可避免存在温度差异，采用低温轧制，控制ti、nb等微合金元素在钢中不充分析出，大部分仍以固溶态形式存在，经过快速感应加热，提高钢板头部、中部、尾部以及内外两侧不同位置温度均匀性，卷取温度选择ti、nb等微合金元素纳米析出相在铁素体中最佳析出温度范围，卸卷后采用缓冷措施，使mx相在卷取后均匀、充分析出。
52.为了进一步提高上述微合金热轧高强钢卷的综合性能，示例性地，上述步骤2中，轧制包括加热、粗轧和精轧。
53.其中，加热温度为1250～1270℃，加热时间为3～5h，粗轧的终轧温度为1070～1120℃，精轧的开轧温度为1040～1070℃。
54.为了减小感应加热后的钢板头部、中部和尾部的卷取温度的波动，示例性地，上述感应加热的加热速率为48～52℃/s。通过对感应加热的加热速率，能够保证感应加热后的钢板头部、中部和尾部的卷取温度的波动≤
±
10℃。
55.考虑到微合金析出主要是在卷取后冷却过程中缓慢析出的，为了能够减缓冷却速度，为微合金析出提供足够的时间和温度，示例性地，上述卷取包括如下步骤：
56.从感应加热后的钢板头部卷取至尾部，得到待冷却钢卷，其中，从钢卷的中心至次外层，各层之间紧密贴合，次外层与最外层具有间隙，钢卷的两端扣设保温盖，使得次外层与最外层的间隙为密封腔室。
57.采用上述卷取方法，一方面，从钢卷的中心至次外层，各层之间紧密贴合，由于各层均经过感应加热，温度较高，彼此之间能够进行热辐射，维持整体处于微合金析出的最佳温度范围；另一方面，最外层与次外层具有间隙，且通过保温盖的设置使得间隙形成密闭腔室，这样，间隙将最外层与次外层隔开，由于间隙为密闭腔室，避免间隙中空气的对流，空气的导热系数小于金属的导热系数，相当于在次外层外壁增加了一层保温结构，有效减缓钢卷中心至次外层的冷却速度，为微合金析出预留足够的析出时间，从而能够进一步提高微合金析出量。
58.需要说明的是，由于最外层直接与冷空气接触，其微合金析出量和均匀性均不是很理想，因此，在实际应用中，可以将最外层作为废料去除，仅保留钢卷中心至次外层即可。
59.值得注意的是，钢卷中心至次外层为紧密贴合，次外层与最外层具有间隙，为了能够在实际应用中形成该结构，上述从感应加热后的钢板头部卷取至尾部包括如下步骤：
60.计算并标记次外层与最外层连接线的位置，沿连接线加工多个贯穿感应加热后的钢板的通孔；
61.从感应加热后的钢板头部卷取至次外层，将固定带穿过通孔捆住次外层钢板，使得从钢卷的中心至次外层，各层之间紧密贴合；
62.从连接线卷取至感应加热后的钢板尾部，形成最外层，次外层与最外层具有间隙。
63.此外，为了能够进一步减缓冷却速度，为微合金析出提供足够的时间和温度，示例性地，上述得到钢卷之后还包括如下步骤：
64.在钢卷外壁包覆保温罩。
65.对于减缓冷却速度，上述步骤5中，冷却可以包括如下步骤：
66.将待冷却钢卷放入缓冷坑，对待冷却钢卷进行冷却；
67.或者，将多个待冷却钢卷进行箱式堆垛，对待冷却钢卷进行冷却；
68.上述两种方式冷却时间均为48～72h。
69.需要说明的是，通过最外层和次外层设置间隙、保护罩、缓冷坑和箱式堆垛等方式，能够有效控制钢卷中心至次外层以及钢卷两侧冷却缓慢均匀，从而能够获得晶粒尺寸对卷取温度不十分敏感的准多边形铁素体和/或针状铁素体组织，使得ti、nb等微合金元素均匀充分析出，从而实现通卷性能和批量异卷性能稳定化控制。
70.本发明还提供了一种微合金热轧高强钢卷，其采用上述微合金热轧高强钢卷的制备方法制得。
71.与现有技术相比，本发明提供的微合金热轧高强钢卷的有益效果与上述微合金热轧高强钢卷的制备方法的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
72.具体来说，上述微合金热轧高强钢卷的连铸坯的组成，按质量百分比计包括：c 0.05～0.12％，mn 1.50～2.00％，si 0.05～0.30％，p≤0.015％，s≤0.005％，nb 0.01～0.06％，ti 0.02～0.20％，mo≤0.25％，cr≤0.20％，v≤0.20％，n≤0.0050％，al
s 0.015～0.050％，其余量为fe和不可避免杂质，其微观组织包括准多边形铁素体和/或针状铁素体组织。
73.实施例1
74.微合金热轧高强钢卷的连铸坯成分为(质量百分数)：c：0.08％，mn：1.70％，si：0.16％，p：0.011％，s：0.002％，nb：0.03％，ti：0.08％，n：0.0046％，als：0.033％，其余量为fe和不可避免杂质。加热炉均热温度1250℃，总在炉时间183min，粗轧终轧温度为1071℃；精轧开轧温度1045℃，精轧终轧温度860℃，精轧至厚度5.0mm；精轧结束后，钢板进感应加热炉前温度578℃，经快速感应加热至627℃，加热速率为50℃/s，卷取温度为624℃，轧后进缓冷坑缓冷72小时后检验性能。
75.按照本实施例的步骤生产的钢板，其性能指标见表1，纳米相析出量和粒径分布情况见表2、图1至图4。
76.表1实施例1厚度5.0mm 700mpa级微合金热轧钢的性能稳定性
77.取样位置rm/mpar
p0.2
/mpaa/％卷头74268721.5卷头 100m75570621.0卷头 200m75869722.0卷尾74569123.0
78.由表1可知，本实施例生产的厚度5.0mm 700mpa级热轧钢整卷不同位置强度波动均在20mpa以内。
79.表2实施例1钢中mx纳米相析出(质量分数，wt％)
80.取样位置nbtic*σ卷头0.0240.0680.0150.107卷头 100m0.0280.0730.0160.117卷头 200m0.0260.0760.0160.118卷尾0.0250.0700.0150.110
81.由表2、图1至图4可知，本实施例钢中mx纳米相在整卷不同位置充分、均匀析出，且尺寸小于60nm占比达到93％以上。
82.实施例2
83.微合金热轧高强钢卷的连铸坯成分为(质量百分数)：c：0.08％，mn：1.70％，si：0.15％，p：0.010％，s：0.003％，mo：0.21％，ti nb v：0.215％，n：0.0043％，als：0.040％，其余量为fe和不可避免杂质。加热炉均热温度1263℃，总在炉时间261min，粗轧终轧温度为1113℃；精轧开轧温度1067℃，精轧终轧温度867℃，精轧至厚度3.0mm；精轧结束后，钢板进感应加热炉前温度583℃，经快速感应加热至623℃，加热速率为50℃/s，卷取温度为618℃，轧后进缓冷坑缓冷72小时后检验性能。
84.按照本实施例的步骤生产的钢板，其性能指标见表3。
85.表3实施例2厚度3.0mm 850mpa级微合金热轧钢的性能稳定性
86.取样位置rm/mpar
p0.2
/mpaa/％卷头88480621.5卷头 100m87679422.5卷头 200m88081021.0卷尾86880420.0
87.由表2可知，本实施例生产的厚度3.0mm 850mpa级热轧钢整卷不同位置强度波动均在20mpa以内。
88.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。