專利名稱：一種熱軋高強鋼殘余應力消除方法
技術領域：
本發明屬于鋼材加工方法技術領域，涉及熱軋高強鋼板殘余應力消除方法，特別適用于消除熱軋高強鋼在軋制和冷卻過程中產生的殘余應力，并最終滿足高強鋼用戶使用 的板形質量要求。
背景技術：
熱軋工程機械用高強鋼和汽車大梁板等是以鋼卷形式生產，用戶使用時需要進行 矯直并橫切成鋼板。板形是用戶要求越來越高的一個質量指標，嚴重的板形缺陷可能導致 用戶使用時候延遲生產、損傷加工設備、焊接困難等問題。需要對最終板卷的板形進行控 制，提供給用戶的產品具有高質量的板形。工程上使用的鋼材高強化趨勢越來越明顯，而且 用量也在持續增大。帶鋼強度越高，帶鋼的內應力會越大，導致軋后開平過程和使用過程出 現大的變形，尤其是600MPa級別以上的高強鋼，需要進行從機械加工與熱處理結合的方法 消除殘余應力。殘余應力是當無任何工作載荷作用的情況下存在于構件內部且在整個構件內部 保持平衡的應力。熱軋高強帶鋼在軋制、開平、熱處理等工藝中都可能產生殘余應力。熱軋 帶鋼內部殘余應力問題實質上是板形問題。用戶所希望得到的是內應力均勻分布或者無內應力，板形良好的帶鋼。提高熱軋 帶鋼的板形質量可以減少帶鋼使用過程中由于形變帶來的附加工序，提高生產效率和成材 率。解決板帶生產中殘余應力問題是一項具有巨大經濟意義并具有非常重要的社會意義。熱連軋生產高強板生產流程主要步驟連鑄板坯加熱一粗除鱗一定寬壓力機一粗 軋一飛剪切頭尾一精除鱗一精軋(6到7機架四輥軋機)一軋后層流冷卻一卷取成鋼卷。軋 制過程中的板形控制是通過輥形設計、二級控制模型、軋制溫度、合理負荷分配等工藝過程 的優化來保證。軋后冷卻過程中由于橫向溫度分布均勻性和冷卻速率的影響，板形還會發 生變化。另外，熱軋帶鋼層流冷卻后要進入卷取機被卷成鋼卷，導致帶鋼卷取過程中產生附 加的縱向彎曲變形內應力。專利200510110981. 6給出了一種熱連軋高強鋼板殘余應力的 測試方法，為矯直工藝設定做參考和指導。用戶基本上都是采用輥式矯直機組對熱軋板卷 進行矯平、橫切定尺。輥式矯平技術對長度差異導致的卷形和橫彎缺陷具有消除作用，而對 邊浪、中浪、鐮刀彎和瓢曲等類型缺陷不能做到徹底的消除。拉彎矯直機或平整機組是消除 上述兩類板形缺陷的一個很好的工具，但目前也只是在冷軋帶鋼生產過程中大量使用，如 專利申請號200620092768. 7,200510024681. 6等涉及到平整或者拉矯工藝的專利。專利申 請號200910093663. 1確定了軋后走平整軋制一罩式退火一輥式矯直的工藝路線，并取得 了良好的效果。但是，由于薄規格的冷軋產品諸如熱軋酸洗板、薄規格集裝箱板、高強鋼和 鍍錫板等板形難于控制，均需進行平整軋制，這給平整機的生產帶來了巨大的壓力，難以完 成所有鋼種的平整任務。同時，罩式退火爐的投資額度也較大，投資成本較高，故需對熱軋 高強鋼的產品，尤其是厚規格產品進行消除殘余應力工藝路線改進。
發明內容
本發明的目的在于提供一種熱軋高強鋼殘余應力消除方法，消除和均勻寬帶鋼熱連軋生產線生產的高強鋼板卷的殘余應力，使得熱連軋高強鋼板具有高精度板形質量，滿 足用戶的使用要求。本發明的技術解決方案是一種熱軋高強鋼殘余應力消除方法，生產流程包括以下步驟連鑄板坯加熱一粗 除鱗一定寬壓力機一粗軋一飛剪切頭尾一精除鱗一精軋(6機架或7機架四輥軋機)一層 流冷卻一卷取成鋼卷，其特征在于(1)對厚度規格彡8mm的鋼卷先進行緩冷處理，冷卻到溫度低于100°C ；對厚度規 格< 8mm的鋼卷先空冷到室溫，再進行平整軋制加工，重新卷取成鋼卷；(2)采用輥式矯直機對上述處理過的熱軋高強鋼卷進行開平、定尺和橫切；(3)采用輥底式熱處理爐，對開平后的鋼板進行退火處理，出爐后采用堆垛冷卻方 式進行緩冷，最后在輥式矯直機上進行矯平。輥底式熱處理爐退火工藝過程如圖2所示，具體參數如下爐內氣體環境氮氣爐內溫度均勻性士 5 °C退火溫度(Tl)范圍520 560°C升溫時間(tl) 30 100分鐘保溫時間(t2) 100 150分鐘冷卻時間(t3)大于1500分鐘冷卻方式堆垛冷卻。本發明的技術效果工程上使用的鋼材高強化趨勢越來越明顯，而且用量也在持續增長。帶鋼強度越 高，帶鋼的殘余應力會越大，導致軋后開平過程和使用過程出現大的變形。對熱軋高強鋼板 卷產品，尤其是對于屈服強度大于600MPa的產品，采用本發明的技術解決方案，對高強鋼 進行殘余應力消除和均勻化處理，效果顯著，此工藝流程可以顯著改善高強鋼開平板的板 形質量，并使得用戶獲得良好的板形穩定性。殘余應力控制水平可以和同類國外進口產品 相媲美，替代進口，實現了高強鋼產品的開發目標。同時，可以利用現有的熱處理爐和輥式 矯直設備，而不需要另外再投資建設專門對整卷帶鋼進行去應力退火處理的罩式退火爐， 降低了投資成本和加工成本，縮短了退火處理時間，并可以達到罩式退火的同樣的板形改 善效果，對于高強鋼的開發，替代進口產品，具有重要的經濟和社會意義。
圖1是消除熱連軋高強鋼板形缺陷的工藝流程圖；圖2是輥底式熱處理爐去應力退火工藝圖；圖2中t表示時間，T為溫度圖3是軋制規格為6 X 1400mm和8 X 1500mm (厚度X寬度)SQ600MCC，采用4種不同的工藝路線后板形測量比較結果圖。圖3中橫坐標中T表示帶鋼橫向不平度，L表示縱向不平度，C表示鐮刀彎，縱坐標Y表示不平度或者鐮刀彎的數值，單位為mm ；曲線1 工藝路線為軋制一空冷一矯直開平(6mm厚度)，曲線2 工藝路線為軋制一空冷一矯直開平(8mm厚度)，曲線3 工藝路線為軋 制一緩冷一矯直開平(6mm厚度)，曲線4 工藝路線為軋制一緩冷一矯直開平(8mm厚度)， 曲線5 本發明工藝路線為軋制一緩冷一輥式矯直機組矯直開平一定尺并橫切鋼板一輥底 式熱處理爐退火一堆冷一輥式矯直(8mm厚度)，曲線6 本發明工藝路線為軋制一空冷一平 整軋制一重卷一輥式矯直機組矯直開平一定尺并橫切成鋼板一輥底式熱處理爐退火一堆 冷一輥式矯直(6mm厚度)
具體實施例方式在首鋼熱軋高強鋼板卷開發的過程中，尤其是對于強度較高的工程機械用鋼和汽 車大梁板等產品，用戶對帶鋼的使用板形，也就是殘余應力的要求非常高。高強鋼存在的殘 余應力主要是由于熱連軋寬帶鋼的軋制過程和冷卻過程存在溫度、相變等非均勻性條件導 致。為了保證熱軋高強鋼產品的順利開發，特別是對于屈服強度級別大于等于600MPa的產 品，需要對熱軋后的鋼卷內部的殘余應力進行消除和均勻化處理，保證用戶使用時候的良 好板形質量。盡管可以采用平整軋制過程來改善帶鋼板形質量，但是由于薄規格的冷軋產 品、熱軋酸洗板、薄規格集裝箱板、高強鋼和鍍錫板等板形難于控制并要求高的品種均需要 進行平整軋制，改善帶鋼板形質量，這給平整機的生產帶來了巨大的壓力，難以完成所有鋼 種的平整任務。故對高強鋼的產品，尤其是根據不同的厚規格產品進行不同的工藝路線設 計。在首鋼遷鋼2250mm熱連軋生產線上進行了 SQ600MCC的軋制，規格為6 X 1400mm 和8X 1500mm(厚度X寬度)兩種，包括溫度、壓下制度等在內的各種軋制條件均一致。具 體軋制板形情況也接近軋制時均是頭部有100到300IU的中浪板形，后續是微邊浪板形。對軋制完的鋼卷，采用如下工藝步驟(1)軋制后一緩冷坑緩冷(8. Omm厚度規格)一輥式矯直機組矯直開平一定尺并 橫切成鋼板一送入輥底式熱處理爐進行退火處理(中板廠)一堆垛冷卻一輥式矯直(中板 廠)一板形測量(2)軋制后一空冷(6. Omm厚度規格)一平整軋制一重卷成卷一輥式矯直機組矯直 開平一定尺并橫切成鋼板一送入輥底式熱處理爐進行退火處理(中板廠)一堆垛冷卻一輥 式矯直(中板廠)一板形測量相關工藝步驟中的參數設定1)保溫坑緩冷工藝參數進坑溫度為520 550°C，緩冷到低于100°C后出保溫 坑。2)平整過程具體的參數設定張力設定前張力30MPa、后張力IOMPa延伸率1.0%軋制力320t彎輥力_40t3) 9矯直機開平工藝參數設定入口壓輥間隙7讓
出口壓輥間隙l7mm
4) LOI輥底式熱處理爐及其退火工藝參數設定爐內氣體環境氮氣爐內溫度均勻性士 5 °C退火溫度(Tl)范圍550°C升溫時間(tl) 40分鐘保溫時間(t2) 120分鐘冷卻時間(t3)大于1500分鐘冷卻方式堆垛冷卻。在試驗用高強鋼板進爐前，先進一長度大于9m、寬度大于1500mm的鋼板進行加 熱，做為鋪墊用；幾塊板子分別疊加在一起，做為一個厚板整體入爐；跟隨墊板，進熱處理 爐；最后進爐一塊長度大于9m、寬度大于1500mm的厚板作為蓋板。5)中板矯直機型式及其工藝參數矯直機型式四重十一輥矯直輥數11根上矯直輥數5根下矯直輥數6根矯直輥規格0250 290X 2300 4300mm矯直輥輥距280 300謹支承輥規格Φ 260 320 X 400謹(分段)矯直機輥縫工藝參數設定入口壓輥間隙6讓出口壓輥間隙14匪對所取的試樣進行初始板形測量，主要包括寬度和長度方向的不平度、還有鐮刀
彎，并做好記錄。采用本發明工藝路線與軋制完分別進行空冷和緩冷然后矯直開平的工藝
路線的板形測量結果比較，如圖3所示，從中可以看出，軋制后一8. Omm厚度規格入緩冷坑
緩冷/(6. Omm厚度規格空冷一平整軋制一重卷成卷)一輥式矯直機組矯直開平一定尺并橫
切成鋼板一送入輥底式熱處理爐進行退火處理一堆垛冷卻一輥式矯直的工藝路線可以滿
足最終用戶要求的2mm/m的板形質量。采用此工藝過程，可以徹底消除熱連軋高強鋼板卷
的內應力，使得采用此工藝生產的高強鋼板具有穩定的平整板形質量，滿足用戶高精度板
形質量的要求。熱連軋高強鋼采用此工藝進行軋后加工，可以實現批量的高品質板形質量
的鋼板的生產和供貨，而且由于板形問題的解決，成材率得到提高，用戶反饋良好，效益顯 —hf^ 者ο
權利要求
一種熱軋高強鋼殘余應力消除方法，生產流程包括以下步驟連鑄板坯加熱→粗除鱗→定寬壓力機→粗軋→飛剪切頭尾→精除鱗→精軋→層流冷卻→卷取成鋼卷，其特征在于(1)對厚度規格≥8mm的鋼卷先進行緩冷處理，冷卻到溫度低于100℃；對厚度規格＜8mm的鋼卷先空冷到室溫，再進行平整軋制加工，重新卷取成鋼卷；(2)采用輥式矯直機對上述處理過的熱軋高強鋼卷進行開平、定尺和橫切；(3)采用輥底式熱處理爐，對開平后的鋼板進行退火處理，出爐后采用堆垛冷卻方式進行緩冷，最后在輥式矯直機上進行矯平。
2.根據權利要求1所述的熱軋高強鋼板形控制方法，其特征在于，輥底式熱處理爐退 火工藝參數爐內氣體環境氮氣 爐內溫度均勻性士5°C 退火溫度(Tl)范圍520 560°C 升溫時間(tl) 30 100分鐘 保溫時間(t2) 100 150分鐘 冷卻時間(t3)大于1500分鐘 冷卻方式堆垛冷卻。
全文摘要
一種熱軋高強鋼殘余應力消除方法，生產流程包括(1)對厚度≥8mm的鋼卷入緩冷坑緩冷處理；(2)對于厚度＜8mm的鋼卷進行空冷，鋼卷冷卻到室溫后，進行平整軋制，重新卷取成卷。采用輥式矯直機組對上述進行過處理的高強鋼卷進行矯直開平、定尺、橫切成鋼板。采用輥底式熱處理爐對開平的鋼板進行去應力退火，消除鋼板內應力，出爐后采用堆垛冷卻方式進行緩冷，最后用矯直機組進行鋼板的矯直，使得高強鋼板獲得良好的板形穩定性，能夠滿足用戶對高強鋼板的平坦度小于等于2mm/m的嚴格要求。可以利用現有的熱處理爐和輥式矯直設備，降低了投資成本和加工成本，縮短了退火處理時間，并可以達到罩式退火的板形改善效果，對于高強鋼的開發，具有重要的經濟和社會意義。
文檔編號C21D1/26GK101844162SQ20101016293
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者余威, 劉建輝, 張鵬程, 李彬, 李明, 李飛, 武軍寬, 潘輝, 王曉東, 趙林, 郭佳, 金永春 申請人:首鋼總公司;河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司