本发明专利技术公开了一种组织与性能均匀化钢材的非均温控轧控冷工艺，包括铸坯加热、粗轧和精轧在内的工艺步骤，以上工艺步骤的参数包括：步骤一、铸坯高温均匀化：铸坯在1050~1250℃进行高温均匀化；步骤二、铸坯快速冷却：借助均布冷却水喷嘴的快速冷却装置、将铸坯的上下表面及两侧面同时冷却，在15~25秒内、铸坯表层温度降为500~750℃，在沿铸坯的厚度方向和轧制方向两个维度上形成心部温度低于表面温度500~750℃的非均温温度场；步骤三、粗轧：快速冷却后的铸坯进入粗轧机进行3~6道次的轧制；步骤四、精轧：进行3~8道次、总变形量为30~70%的精轧，形成组织均匀细小、性能均一稳定的中厚钢板。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属高品质无缺陷金属棒线材或板带材的控乳控冷
，尤其是一种组织与性能均匀化钢材的非均温控乳控冷工艺。
技术介绍
钢铁材料的性能不仅仅取决于钢铁材料的微观组织结构控制，还与金属材料的化学冶金与物理冶金质量存在直接的关系。钢铁材料冶炼过程中纯净度与夹杂物控制、铸造过程中组织、成分及缺陷的均匀度以及乳制过程中组织的细化和均匀化直接影响着钢铁材料的高性能、稳定性和一致性。作为热形变材料，其直接影响的工序就是热形变。热形变过程中要处理如何消除或降低冶炼所带来的夹杂物、铸造所引起的组织粗化、成分不均匀、中心缩松缩孔等缺陷，使得热形变钢铁材料宏观与微观成分均匀、组织细化、无中心缺陷等得到实现，从而实现钢铁材料性能的高端化、一致化与稳定化。为了实现钢铁材料的组织细小均匀和性能高端稳定，国内外做了大量的研究工作，并将研究成果运用到钢铁材料的冶金生产过程中。在这些技术中，控乳控冷，特别是低温控乳控冷技术，是最为著名和重要的钢铁材料热形变控制工艺。在控乳控冷技术中，通过控制乳制获得细小均匀的热形变组织，通过控制冷却获得热形变的最终组织。可以说控乳控冷技术是现代钢铁材料高性能化的一个重要标志。但是传统的控乳控冷技术需要很大的形变量来达到降低热形变材料中的缺陷，比如轴承钢需要将形变量达到压缩比12以上，中厚板(厚度20mm-60mm)和特厚板(钢板厚度大于60mm)的缩松缩孔和分层控制要求的压缩比更高，使得现代铸坯向着特大尺寸发展以赋予更大的热形变能力来消除或减轻热形变产品的中心缺陷和组织与性能的均一性。基于消除或减轻热形变产品中心缺陷和组织性能均一性的要求，现代铸坯尺寸增大的发展趋势无疑给冶炼和连铸带来了困难。比如为了提高中厚板和特厚板冶金质量和性能沿板材厚度的均匀性，现代铸坯的厚度都达到了300-500mm以上，甚至是要通过将铸坯焊合在一起来达到超大厚度铸坯的要求，这给生产企业带来了巨大的挑战。由此催生出现代高品质钢材的另外一个发展方向就是如何通过小尺寸铸坯获得大规格和高性能的热形变产品，比如大规格棒材、特厚板和其他热乳热锻产品。现有的传统控乳控冷技术已经不适用于铸坯小型化的这一发展需求。如图la给出了一种厚度为220mm的特厚板连铸坯的中心缩松缩孔的冶金质量图。可以看出其中心缩松缩孔已经达到了 2级的水平。如图lb给出了现代轴承钢尺寸为380mmX480mm的方形铸坯的成分不均匀的图片，显示出其连铸坯的中心缩松缩孔的冶金质量达到了 1.5级。但是尽管具有如此高的连铸质量，仍然不能通过现有的控乳控冷技术来彻底解决热乳中厚板板材和大规格轴承钢棒材的中心疏松、成分偏析和组织与性能沿截面不均的问题。尽管如图la、图lb的板材和棒材的铸坯中心的缩松缩孔和成分偏析的评级达到了 1.5-2级的较高水平，但相应的传统控乳控冷工艺热乳后的厚度为20_的中厚板和直径100mm的轴承钢依然分别出现了中心分层与中心缩松和缩孔的结果。这说明传统的控乳控冷工艺无法满足无缺陷大尺寸热乳材料的要求。其根本原因在于传统的控乳控冷技术无法使得铸坯心部得到有效的形变和再结晶，而最终也无法最大限度减轻或消除大尺寸热形变产品的中心缺陷和产品组织与性能沿厚度的均匀性。众所周知，材料的形变程度与形变区域与材料的应力水平存在直接的关系。材料应力或材料软的区域优先形变。而对于传统的控乳技术处理的铸坯，在控制冷却后铸坯的温度与应力在整个截面基本一致，导致乳制过程中的变形优先在表面进行，导致表面变形量最大，但无法有效渗透到心部，所以无法实现心部缩松和缩孔的缺陷部位需要变形。只能通过增大总热变形的形变量来减轻心部缺陷。同时由于心部变形不足，无法实现心部的动态再结晶，故而成分偏析也无法得到较好的控制。因此可以说，传统的控乳控冷技术在消除或减轻铸坯的中心缺陷和整个截面组织与性能的均一性方面存在困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种组织与性能均匀化钢材的非均温控乳控冷工艺，采用非均温控乳控冷和动态再结晶相结合，在钢棒线材或板带材的表面与心部形成温差，大幅度提高心部变形能力和动态再结晶能力，使得棒线材或板带材的中心缩松缩孔和成分不均匀等缺陷得到消除或大幅度减轻，形成中厚钢板沿截面与长度方向上组织细化、均匀和一致。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是: 一种高品质中厚钢板的乳制工艺，包括铸坯加热、粗乳和精乳在内的工艺步骤，以上工艺步骤的参数包括: 步骤一、铸坯高温均匀化:铸坯在1050~1250°C进行高温均匀化； 步骤二、铸坯快速冷却:借助均布冷却水喷嘴的快速冷却装置、将铸坯的上下表面及两侧面同时冷却，在15~25秒内、铸坯表层温度降为500~750°C，在沿铸坯的厚度方向和乳制方向两个维度上形成心部温度低于表面温度500~750°C的非均温温度场； 步骤三、粗乳:快速冷却后的铸坯进入粗乳机进行3~6道次的乳制，总变形量为30-70%,铸坯心部区域优先变形和动态再结晶； 步骤四、精乳:经过粗乳的铸坯表层和心部温差降低，再进行3~8道次、总变形量为30-70%的精乳，形成组织均匀细小、性能均一稳定的中厚钢板。优选的，还包括步骤五、冷却均质:将精乳后的钢板自然冷却或水冷，形成设计要求的晶粒组织。在铸坯进入粗乳机之前借助逆乳制方向、斜向下方的冷却水喷嘴将铸坯前端面快速冷却；并借助顺乳制方向、斜向下方的冷却水喷嘴将铸坯的后端面快速冷却，在铸坯的前后两端、距中心10°/『20%长度的区域内低于中心区域温度150~500°C的非均匀温度场，形成裹包在铸坯心部的硬壳体。研究结果表明，通过对高温均匀化后(一般1250°C均匀化)的铸坯实施快速冷却，实现铸坯表层与心部存在巨大温差(500~700°C)，形成一个铸坯截面由表及中心的非均温温度梯度分布。这样表层温度低(500~750°C)，而铸坯心部却仍然有1050~1250°C的高温；导致铸坯表面应力高于心部应力，呈现外硬内软；在热变形应力作用下，最初的表层硬而变形小，使得充分渗透到软的心部，初始变形主要在心部完成，促进铸坯心部缩松缩孔的弥合以及发生动态再结晶而得到细化，大幅度改善心部缺陷。随着形变的进一步深入，表层温度不降反升，使得铸坯截面温度和强度基本均匀，这样进一步的形变将逐步在截面上均匀分布，得到形变与动态再结晶在整个截面上更加均匀的高温热变形组织。为了保证热形变组织的细质化和均匀化，通过最后的控制冷却形成无中心缺陷的、组织充分细化的、性能更加一致稳定的钢板。上述技术方案中，将铸坯的上下表面和两个侧面均快速冷却，形成两个维度的非均匀温度场，这样在乳制过程中，避免心部组织从两侧外溢而导致两侧的组织不均匀、疏松，从而形成质地均匀的中厚板。优选的，对于板带材的铸坯，铸坯的上下表面冷却水流量分别为3500~5500m3/h，两侧面的用水量分别为1000~3000m3/h。对于棒线材的铸坯，铸坯的上下表面和两个侧面均匀喷水冷却，每面冷却水流量为1500~3000m3/h。充分的冷却水使铸坯在15~25s内完成冷却过程，内部热量来不及交换，仍然保持1250°C的高温，这是中厚钢板控冷的关键步骤的关键因素。钢板性能受多个因素影响，包括控冷温度、控冷速度、首次乳制的变形量、乳制道次等综合影响，上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种组织与性能均匀化钢材的非均温控轧控冷工艺，包括铸坯加热、粗轧和精轧在内的工艺步骤，其特征在于以上工艺步骤的参数包括：步骤一、铸坯高温均匀化：铸坯在1050~1250℃进行高温均匀化；步骤二、铸坯快速冷却：借助均布冷却水喷嘴的快速冷却装置、将铸坯的上下表面及两侧面同时冷却，在15~25秒内、铸坯表层温度降为500~750℃，在沿铸坯的厚度方向和轧制方向两个维度上形成心部温度低于表面温度500~750℃的非均温温度场；步骤三、粗轧：快速冷却后的铸坯进入粗轧机进行3~6道次的轧制，总变形量为30~70%，铸坯心部区域优先变形和动态再结晶；步骤四、精轧：经过粗轧的铸坯表层和心部温差降低，再进行3~8道次、总变形量为30~70%的精轧，形成组织均匀细小、性能均一稳定的中厚钢板。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹文全，王玉辉，董瀚，邢鹏达，翁宇庆，彭艳，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，燕山大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。