一种极薄规格超高强钢的板形控制方法与流程

本发明属于钢铁冶金，具体涉及一种极薄规格超高强钢的板形控制方法。

背景技术：

1、极薄规格超高强钢是未来实现机械重工行业实现绿色化、轻量化发展的必然选择，厚度h≤4mm，rel≥800mpa的超高强钢属于行业共性技术难题。一方面由于超高强钢以马氏体基体为主，需要进行淬火处理；另一方面，由于规格极薄导致其板形极易瓢曲。当前世界主流企业主要是对单张钢板采用离线淬火+回火方法进行生产，该方法虽然获得成功但是需要二次加热成本高，且淬火后板形不良，仅能达到5/1000的水平，最薄规格为3mm，对于市场的更薄需求或者高板形要求(不平度≤3/1000)的用户无法满足。

2、中国发明专利cn115558744a公开了一种薄规格、高强韧钢板的在线淬火方法，但是该发明主要是针对5～16mm规格高强、高韧性钢板，不适用于极薄规格超高强钢。中国发明专利cn116065014a公开了一种1～4mm高强钢板辊压式气淬方法，以压缩空气为介质进行冷却方式进行淬火处理，通过不同辊道辊缝差异化设定实现约束淬火，改善了极薄高强钢板淬火板形问题。中国发明专利cn110983027a公开了一种薄规格淬火钢板的板形控制方法，适用于厚度2～8mm的淬火型钢板，在淬火过程中引入氩气/水雾化淬火工艺，淬火后可以将钢板不平度控制在3mm/m以内。这两个发明均是采用离线单张热处理的方式进行辊压式淬火，淬火介质分别为压缩空气与汽雾，这种两种方式仍然需要二次加热，且压缩空气换热能力弱，冷却速率较低，产品性能无法保证；而氩气+水雾化淬火方式，淬火均匀性不良，板形及性能波动大。

3、因此急需新的制造工艺，解决极薄规格超高强钢板形不良的难题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种极薄规格超高强钢的板形控制方法，该方法应用轧后快冷水系统进行在线淬火，不需要二次离线后再加热处理，钢板性能均匀性显著提升，能将厚度2～4mm极薄规格超高强钢的不平度控制在3/1000以下。

2、为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种极薄规格超高强钢的板形控制方法，其工艺流程包括：冶炼铸坯→铸坯加热→粗轧→精轧→在线淬火→卷取→罩退→平整→横切→回火→矫直。

3、上述方案中，所述极薄规格超高强钢的化学成分按质量百分含量计包括：c：0.10～0.20％，si：0.10～0.30％，mn：1.0～1.5％，nb：0.010～0.030％，ti：0.01％～0.02％，b：0.001～0.005％，cr：0.25～0.50％，mo：0.35～0.50％，余量为铁和不可避免的杂质。

4、上述方案中，所述极薄规格超高强钢的厚度为2～4mm，屈服强度rel≥800mpa，抗拉强度rm≥900mpa。

5、上述方案中，所述极薄规格超高强钢的金相组织为板条马氏体，马氏体板条束宽度为10～15μm。

6、上述方案中，所述铸坯加热的温度为1280～1320℃，加热时间≥170min。

7、上述方案中，所述粗轧所得中间坯的厚度为35～38mm。

8、上述方案中，所述粗轧采用五道次轧制，其中1、2、5道次开启除鳞。

9、上述方案中，所述精轧采用七机架精轧机组轧制，终轧温度为900～950℃。

10、上述方案中，所述精轧机组的f1～f4机架间开启冷却水，f4～f7机架间关闭冷却水。

11、上述方案中，所述精轧机组的f7机架采用微中浪工艺轧制，f7机架出口板形微中浪平直度为60～100iu。

12、上述方案中，所述精轧所得带钢使用两段式水冷进行在线淬火；其中，第一段水冷采用稀疏冷却，冷却速度控制在10～15℃/s，冷却至500～550℃；第二段水冷的冷却速度为40～45℃/s，冷却至≤200℃。

13、进一步地，所述两段式水冷对带钢上下表面冷却水量比进行不同的设置，第一段水冷的上下水比为1.05～1.20，第二段水冷的上下水比为3.5～4.0。

14、进一步地，第二段水冷时，以每一组冷却单元为控制单元，开启操作侧、传动侧对向强力侧喷装置，喷射高压水对带钢上表面的冷却水流进行清扫，以提升上表面横向冷却均匀性。

15、上述方案中，所述罩退的加热温度为560～600℃，保温时间8～10h。

16、上述方案中，所述平整采用高强平整线，平整压力≥1200t，平整速度≤50m/min。

17、上述方案中，所述回火的保温温度为560～580℃，保温时间20～30min。

18、上述方案中，所述矫直的矫直力≥2500kn，成品板形不平度≤3/1000。

19、本发明基于以下设计构思：

20、本发明针对2～4mm以下极薄规格超高强钢的制造，这个规格在国内目前仅有极少数企业可以生产，并且全部都是采用离线淬火热处理方式，本发明则主要是采用在线淬火方式生产，针对极薄规格超高强钢的双边浪问题，采取了从轧制→在线淬火→精整的全流程创新型工艺控制手段。首先，在轧制时通过轧制过程的微中浪补偿弥补冷却过程造成的双边浪，其次通过两段式淬火冷却工艺控制路径以及前段弱冷+后段强冷的工艺方法，在保证产品相变组织不变的情况下，冷却不均匀性问题大幅降低，获得优异的原始板形。此外，针对该类极薄规格超高强钢特性，创新性提出了先通过罩退进行内应力消除和强度软化，再通过高强平整线的作用，将带钢进行平整以保证带钢板形的良好状态。

21、为了解决极薄规格高强钢在线淬火过程中沿板宽方向冷却的不均匀性导致的双边浪问题，结合本产品的成分体系设定了在线淬火过程分温度区间的变冷却速度控制方法，该方法为本发明的核心创新点。根据冷却水与高温钢板接触过程的换热规律，本发明采用第一段冷速10～15℃/s，冷却至500～550℃的设置，主要是在该停冷温度区间可以保证冷却过程中为稳定的膜沸腾换热，换热均匀性大大提高，同时该成分体系下500～550℃材料的显微组织仍保持为过冷奥氏体状态，保证了成品钢板的组织形态所必须的停冷温度区间。冷速高于该范围换热效率过高，冷却均匀性不佳，冷速低于该范围则无法保证材料的奥氏体状态。停冷温度低于该温度区间材料会提前相变，成品组织无法达到要求，停冷温度高于该温度区间则造成第二段冷却速度过大，冷却不均匀性增加。

22、同时由于本产品要获得以马氏体为主的超高强性能，必须将温度冷却至ms点以下温度(450℃以下)，该温度区间属于冷却水与高温钢板之间的换热为瞬态沸腾区间，膜的生成和破裂存在随机性，钢板表面水膜无序流动状导致在相同水量的情况下上表面由于水膜的破裂和流动对钢板进行二次冷却造成钢板上表面比下表面的冷却能力高出一个数量级且由于水膜流动特性导致横向的冷却不均匀性十分突出，因此本发明针对该问题，设计了第二段冷却是当温度达到500℃以下时将上下水量水比由1.05～1.20改变为3.5～4.0，同时以每一组冷却单元为控制单元，开启操作侧、传动侧对向强力侧喷装置，将上表面水流定向清除，以达到提升上表面横向冷却均匀性的效果。如果没有这些工艺的限定，钢板冷却不均匀仍较大，板形问题将十分突出，是后续精整工序无法改善的。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、1)本发明应用轧后快冷水系统进行在线淬火，实现了2～4mm极薄规格超高强钢生产制造，钢板性能均匀性显著提升，钢板不平度控制在3/1000以下。

25、2)本发明采用在线淬火，不需要二次离线后再加热处理，工序成本降低50％以上，产品力学性能与离线淬火产品相当。