專利名稱：熱軋h型鋼軋后控制冷卻工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝。
背景技術(shù)：
目前，H型鋼熱軋生產(chǎn)線還沒有形成成熟的冷卻理論和冷卻工藝技術(shù)，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的瓶頸。這主要是由于H型鋼斷面形狀的復(fù)雜性，其在線控冷很容易出現(xiàn)腰部殘留水和冷卻不均勻的現(xiàn)象，將影響軋件的斷面形狀和性能均勻性，產(chǎn)品易產(chǎn)生內(nèi)并外擴(kuò)變形及腹板浪、裂紋等缺陷。 近年來該技術(shù)已引起國(guó)內(nèi)外企業(yè)和科研院所的重視，在日本、德國(guó)、意大利等一些國(guó)家都有研究的報(bào)道。1990年盧森堡阿貝德公司開發(fā)了 QST技術(shù)，即H型鋼軋后淬火加自回火控制冷卻工藝。德國(guó)應(yīng)用QST熱處理工藝，在精軋機(jī)后設(shè)置一冷卻段，H型鋼出精軋后立即進(jìn)行噴水淬火冷卻，然后自回火，提高了H型鋼的屈服強(qiáng)度和韌性。但該技術(shù)還不成熟，存在冷卻不均勻和軋件變形等問題。并且在我國(guó)，用戶不易接受采用軋后淬火加自回火工藝強(qiáng)化的鋼材，認(rèn)為淬火自回火后形成的回火層降低鋼材的使用性能，主要問題有鋼材的屈強(qiáng)比大；焊接性能下降；鋼材的應(yīng)力時(shí)效大。所以該技術(shù)在我國(guó)無法推廣應(yīng)用。
《軋鋼》雜志2004年第5期第15-17頁(yè)刊登了名稱為"熱軋H型鋼控制冷卻工藝研究"的論文，該論文披露了一種H型鋼熱軋后氣霧控制冷卻裝置，該裝置采用水氣霧化冷卻，水壓為0. 20-0. 25MPa、氣壓為0. 15_0. 25MPa、水流量為200-350L/h、氣流量為9. 5-15. 0m3/h，冷卻速率為15-30°C /s，最大冷卻速度只有3(TC /s，產(chǎn)品的組織為鐵素體+珠光體，與一般空冷后的組織相同，但鐵素體含量增多，且鐵素體晶粒要比空冷的鐵素體晶粒平均細(xì)0. 5級(jí)以上，產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度提高了 50MPa左右，由于冷卻速率較低，其對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度、韌性等性能指標(biāo)的提高有限。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，冷卻速率達(dá)到75-15(TC /s，既可避免熱軋H型鋼表面形成淬火回火組織，又可顯著細(xì)化晶粒，提高屈服強(qiáng)度提高70MPa以上。 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝是，熱軋H型鋼終軋后進(jìn)入冷卻裝置，由上、下噴嘴分別對(duì)準(zhǔn)熱軋H型鋼上下R部，左、右噴嘴分別對(duì)準(zhǔn)熱軋H型鋼左右側(cè)翼緣中心，進(jìn)行噴水冷卻，其特征在于，所述冷卻水水壓為0. 7-1. 2MPa，水量1200-2000mVh，冷卻速率為75_150°C /s，冷卻時(shí)間3-5s，將熱軋H型鋼從850-100(TC終軋后冷卻至相應(yīng)鋼種馬氏體相變點(diǎn)以上20-30°C 。 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，在所述H型鋼的腹板下噴嘴有三個(gè)，中間噴嘴對(duì)腹板下表面進(jìn)行冷卻，其余兩個(gè)噴嘴冷卻下部的R角；腹板上噴嘴有兩個(gè)，分別冷卻上部的R角，腹板上表面由冷卻集水進(jìn)行冷卻。。 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，在所述H型鋼翼緣外側(cè)的左、右噴嘴各有多個(gè)，其對(duì)翼緣和腹
3板結(jié)合部的冷卻強(qiáng)度大于翼緣端部，并且左、右噴嘴的開啟數(shù)量根據(jù)規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明在熱軋H型鋼萬能終軋機(jī)出口處對(duì)熱軋H型鋼不同部位進(jìn)行高水壓、大水量噴水均勻冷卻，冷卻速率為75-150°C /s，使熱軋H型鋼從850-100(TC終軋后終冷至相應(yīng)鋼種馬氏體相變點(diǎn)以上20-3(TC左右，使H型鋼芯部鐵素體實(shí)際晶粒度由8-10級(jí)細(xì)化至10-12級(jí)，并在熱軋H型鋼表層形成貝氏體+索氏體組織，從而顯著提高熱軋H型鋼強(qiáng)度和韌性。采用本發(fā)明可將熱軋H型鋼產(chǎn)品(產(chǎn)品規(guī)格范圍為高度H250mnT800mm、寬度B250mnT410mm、厚度t《35mm)的屈服強(qiáng)度提高70MPa以上，屈強(qiáng)比《0. 83，延伸率^ 20% ，并滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。 (2)本發(fā)明在腹板下部每組冷卻單元有三個(gè)噴嘴，中間噴嘴對(duì)腹板下表面進(jìn)行冷卻，其余兩個(gè)噴嘴冷卻下部的R角；腹板上部每組冷卻單元有兩個(gè)噴嘴，分別冷卻上部的R角，腹板上表面由冷卻集水進(jìn)行冷卻，從而保證腹板冷卻的均勻性；在翼緣外側(cè)每組冷卻單元有若干個(gè)噴嘴，其對(duì)翼緣和腹板結(jié)合部的冷卻強(qiáng)度大于翼緣端部，并且側(cè)噴嘴的開啟數(shù)量可根據(jù)規(guī)格進(jìn)行調(diào)整，從而保證翼緣冷卻的均勻性，因此，采用本發(fā)明冷卻后的H型鋼不產(chǎn)生嚴(yán)重的、無法矯正的形變； (3)本發(fā)明冷卻速率沒達(dá)到淬火的程度，控制冷卻后不出現(xiàn)有害組織，H型鋼強(qiáng)度和韌性顯著提高。 (4)由于噴高壓水超快速冷卻開始和終止溫度較高，且時(shí)間較短，可在軋材表面形成較為致密的氧化膜，隨后進(jìn)行空冷，與其它水冷方式相比，可顯著改善軋材的表面質(zhì)量，減緩銹蝕。 (5)由于噴高壓水超快速冷卻主要是在軋后冷卻過程中提高強(qiáng)度，因此，不會(huì)增加軋機(jī)負(fù)荷，這就繞開了開發(fā)高級(jí)別鋼種軋機(jī)能力不足的問題，拓寬了可開發(fā)鋼種的范圍。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)原理為熱軋H型鋼在再結(jié)晶區(qū)的連續(xù)軋制過程中可以使奧氏體承
受反復(fù)的強(qiáng)烈變形，利用軋制過程亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶強(qiáng)化機(jī)制，從而形成均勻的晶粒尺寸很小
的奧氏體再結(jié)晶晶粒。對(duì)上述奧氏體施以高速度的強(qiáng)化冷卻，在3-5s時(shí)間范圍內(nèi)，將奧氏
體迅速冷卻到馬氏體相變溫度附近上方，進(jìn)行終軋奧氏體組織凍結(jié)，從而有效地抑制了相
變前的奧氏體晶粒長(zhǎng)大。在隨后的空冷條件下芯部細(xì)小的奧氏體晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的鐵素體
+珠光體組織，表層有少量的貝氏體+索氏體組織。對(duì)于加入V、 Nb、 Ti等微合金元素的鋼
種，通過軋后超快速冷卻，由于軋件迅速通過奧氏體區(qū)，碳氮化物會(huì)大量形核，并限制了析
出物的長(zhǎng)大，析出的碳氮化物會(huì)更細(xì)小、均勻，從而顯著提高其析出強(qiáng)化的效果。故其強(qiáng)化
機(jī)理包括相變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。 本發(fā)明的實(shí)施步驟為 (l)H型鋼按常規(guī)工藝進(jìn)行軋制，軋后立即進(jìn)行噴水快速冷卻，即采用高水壓(0. 7-1. 2MPa)、大水量(1200-2000m3/h)，將軋件表面形成的氣膜打破，大大改善其冷卻傳熱條件，提高冷卻速度，冷卻速率達(dá)到75-150°C /s。 (2)噴水冷卻的冷卻時(shí)間要控制在3-5s范圍內(nèi)，使軋件迅速通過奧氏體區(qū)，抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大；對(duì)加入V、Nb、Ti等微合金元素的鋼種，可顯著提高其析出強(qiáng)化的效果。
(3)嚴(yán)格控制終冷溫度在馬氏體相變點(diǎn)以上20-3(TC，避免熱軋H型鋼表面形成淬 火回火組織。 (4)考慮到軋后的H型鋼的溫度分布不均勻，所以在噴嘴的布置上考慮了加強(qiáng)高 溫度區(qū)域的冷卻強(qiáng)度，同時(shí)也考慮了腹板上面與下面接受冷卻條件的差異性
1)腹板下部每組冷卻單元有三個(gè)噴嘴，中間噴嘴對(duì)腹板下表面進(jìn)行冷卻，其余兩 個(gè)噴嘴冷卻下部的R角；腹板上部每組冷卻單元有兩個(gè)噴嘴，分別冷卻上部的R角，腹板上 表面由冷卻集水進(jìn)行冷卻。從而保證腹板冷卻的均勻性。 2)翼緣外側(cè)每組冷卻單元有若干個(gè)噴嘴，其中對(duì)中間腰腿結(jié)合部的冷卻強(qiáng)度大于 翼緣端部，并且側(cè)噴嘴的開啟數(shù)量可根據(jù)規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。從而保證翼緣冷卻的均勻性。
3)翼緣兩側(cè)的冷卻系統(tǒng)可以橫移，從而保證對(duì)所有規(guī)格H型鋼的冷卻均勻性。
通過采取以上措施，H型鋼腹板和翼緣的溫度差可控制在50°C以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了 H型鋼 翼緣和腹板的溫度分布均勻，從而保證了 H型鋼斷面組織和性能的均勻性。
(5)軋件上冷床后自然冷卻，然后打捆、入庫(kù)。 通過噴高壓水快速冷卻技術(shù)改變H型鋼軋后的組織結(jié)構(gòu)，控制其相變過程，實(shí)現(xiàn)H 型鋼新鋼種的開發(fā)，以低成本的普碳鋼為基材，通過不添加或少添加微合金元素開發(fā)高效 節(jié)約型熱軋H型鋼，可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 (1)使用Q275B鋼種生產(chǎn)345MPa強(qiáng)度H型鋼，可以少添加Mn、 Si等合金元素；
(2)使用Q345B鋼種生產(chǎn)450MPa級(jí)H型鋼，可以不添加或少添加Nb，V，Ti等微合 金元素。具體如以下兩個(gè)實(shí)施列。 實(shí)施例1 :用Q275強(qiáng)度級(jí)別鋼的成分軋制345MPa強(qiáng)度級(jí)別熱軋H型鋼采用化學(xué)成分為0. 10-0. 17 % C，O. 17-0. 35 % Si，O. 75-1. 00 % Mn，O. 035 % S，
0. 035% P的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼連鑄異型還作原料，連鑄還料規(guī)格為750mmX450mmX120mm， 成品規(guī)格為594mmX 302mmX 14mmX 23mm，在"步進(jìn)梁式加熱爐加熱一高壓水除鱗一開坯軋 制一萬能粗軋機(jī)組往復(fù)軋制一萬能精軋機(jī)軋制"生產(chǎn)工藝流程上軋制，其中開坯機(jī)一架，兩 架萬能粗軋機(jī)及置于兩架萬能粗軋機(jī)之間的一架軋邊機(jī)組成萬能粗軋機(jī)組，一架萬能精軋 機(jī)，開坯軋制道次約7次，萬能道次9-10道，軋邊道次為3-5道，萬能精軋道次為1道，坯料 加熱溫度為1200-1230。C，終軋溫度為850-1000°C。 經(jīng)過萬能精軋后，軋件進(jìn)入超快速冷卻裝置，冷卻裝置長(zhǎng)14m，輥道速度2-4m/s， 軋件在冷卻器出口處溫度為440-450°C 。 軋件到達(dá)冷床后，由于表面溫度低于心部溫度，出現(xiàn)表面返熱現(xiàn)象，表面返熱溫度
在550-75(TC左右。隨著軋件在冷床上移動(dòng)，溫度逐漸降低，直至冷卻到室溫狀態(tài)。 在室溫下對(duì)熱軋H型鋼各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，其R^為385MPa， Rm為
520MPa， A為28% ， 20。C縱向沖擊功Akv為240J，滿足GB/T 1591-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。 實(shí)施例2 :用Q345強(qiáng)度級(jí)別鋼的成分軋制450MPa強(qiáng)度級(jí)別熱軋H型鋼采用化學(xué)成分為0. 14-0. 17 % C，O. 35-0. 50 % Si， 1. 20-1. 40 % Mn，O. 035 % S，
0. 035% P，O. 02-0. 04% V的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼連鑄異型坯作原料，連鑄坯料規(guī)格為
750mmX450mmX120線成品規(guī)格為338mmX325. 4mmX30. 5mmX30. 5線在"步進(jìn)梁式加熱
爐加熱一高壓水除鱗一開坯軋制一萬能粗軋機(jī)組往復(fù)軋制一萬能精軋機(jī)軋制"生產(chǎn)工藝流
程上軋制，其中開坯機(jī)一架，兩架萬能粗軋機(jī)及置于兩架萬能粗軋機(jī)之間的一架軋邊機(jī)組成萬能粗軋機(jī)組， 一架萬能精軋機(jī)，開坯軋制道次約6次，萬能道次7-8道，軋邊道次為2-4 道，萬能精軋道次為1道，坯料加熱溫度為1200-123(TC，終軋溫度為850-1000°C。
經(jīng)過萬能精軋后，軋件進(jìn)入超快速冷卻裝置，冷卻裝置長(zhǎng)14m，輥道速度2-4m/s， 軋件在冷卻器出口處溫度為490-500°C 。 軋件到達(dá)冷床后，由于表面溫度低于心部溫度，出現(xiàn)表面返熱現(xiàn)象，表面返熱溫度 在550-75(TC左右。隨著軋件在冷床上移動(dòng)，溫度逐漸降低，直至冷卻到室溫狀態(tài)。
在室溫下對(duì)熱軋H型鋼各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，其R^為485MPa， Rm為 5畫Pa， A為23%，0"縱向沖擊功Akv為190J，滿足BS 4360-1986標(biāo)準(zhǔn)要求。
權(quán)利要求
一種熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，熱軋H型鋼終軋后進(jìn)入冷卻裝置，由上、下噴嘴分別對(duì)準(zhǔn)熱軋H型鋼上下R部，左、右噴嘴分別對(duì)準(zhǔn)熱軋H型鋼左右側(cè)翼緣中心，進(jìn)行噴水冷卻，其特征在于，所述冷卻水水壓為0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷卻速率為75-150℃/s，冷卻時(shí)間3-5s，將熱軋H型鋼從850-1000℃終軋后冷卻至相應(yīng)鋼種馬氏體相變點(diǎn)以上20-30℃。
2 如權(quán)利要求1所述的熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，其特征在于，所述H型鋼的腹板下噴嘴有三個(gè)，中間噴嘴對(duì)腹板下表面進(jìn)行冷卻，其余兩個(gè)噴嘴冷卻下部的R角；腹板上噴嘴有兩個(gè)，分別冷卻上部的R角，腹板上表面由冷卻集水進(jìn)行冷卻。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，其特征在于，所述H型鋼翼緣外 側(cè)的左、右噴嘴各有多個(gè)，其對(duì)翼緣和腹板結(jié)合部的冷卻強(qiáng)度大于翼緣端部，并且左、右噴嘴的開啟數(shù)量根據(jù)規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，其特征在于，所述左、右噴嘴可以橫移。
5. 如權(quán)利要求1所述的熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，其特征在于，冷卻后的H型鋼芯部為細(xì)小的鐵素體+珠光體組織，表面有少量的貝氏體+索氏體組織。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱軋H型鋼軋后控制冷卻工藝，熱軋H型鋼終軋后進(jìn)入冷卻裝置，由上、下噴嘴分別對(duì)準(zhǔn)熱軋H型鋼上下R部，左、右噴嘴分別對(duì)準(zhǔn)熱軋H型鋼左右側(cè)翼緣中心，進(jìn)行噴水冷卻，其特征在于，所述冷卻水水壓為0.7-1.2MPa，水量1200-2000m3/h，冷卻速率為75-150℃/s，冷卻時(shí)間3-5s，將熱軋H型鋼從850-1000℃終軋后冷卻至相應(yīng)鋼種馬氏體相變點(diǎn)以上20-30℃。采用本發(fā)明冷卻工藝可使H型鋼芯部鐵素體實(shí)際晶粒度由8-10級(jí)細(xì)化至10-12級(jí)，并在熱軋H型鋼表層形成貝氏體+索氏體組織，從而顯著提高熱軋H型鋼強(qiáng)度和韌性，屈服強(qiáng)度提高70MPa以上。
文檔編號(hào)B21B37/74GK101758091SQ20091025148
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者吳結(jié)才, 吳迪, 奚鐵, 孫維, 汪開忠, 程鼎, 耿承浩, 蘇世懷, 趙憲明 申請(qǐng)人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司