唐山建龙JL510L大梁钢的中宽带热轧工艺研究

关键词：大梁钢 带状组织 控制轧制 层流冷却

510L钢常被用于制作汽车底梁，因此也称为汽车大梁用钢，其对冷弯性能，抗拉强度有很高的要注，晶粒度和带状组织以及夹杂的控制都要达到很高的要求。为了更好地走品种、质量、效益之路，唐山建龙实业有限公司生产510L大梁钢，经过大量总结分析和质量跟踪，不断改进工艺，生产工艺和产品质量逐渐稳定下来。

1 加热温度的控制

板坯的加热温度对控制轧制温度和钢带的组织性能有很大影响。板坯加热时，原始奥氏体晶粒大小，碳化物的固熔程度都直接影响到变形后的再结晶状态、变形后的奥氏体晶粒尺寸及碳化物析出状态。510L属亚共析钢，其室温组织为铁素体＋珠光体，珠光体是共析转变中由奥氏体转变的。晶粒细小对于提高金属的韧性与强度都有益。随着加热温度的升高，各钢种的奥氏体晶粒都长大，而且在900℃和1150℃时有两个明显平台，在超过1180℃时奥氏体晶粒迅速长大。唐山建龙的510L钢中含有合金元素铌(0.02％)，当加热温度达到1050时，铌的化合物Nb(C、N)开始分解和固溶，奥氏体晶粒开始长大，至1150℃时晶粒长大比较均匀。如加热至1050℃便开始轧制，此时奥氏体晶粒大小不均，使加工后的钢材容易产生混晶；但加热温度达到1200或更高，则晶粒过分长大，使钢材在加工后晶粒难以细化，转变后的铁素体晶粒也就越粗大，并容易出现魏氏组织，对钢的性能不利。因此，唐山建龙中宽带加热炉的实际钢坯加热温度控制在1100℃～1180℃范围内，并且保证足够在炉时间以保证出炉钢坯温度均匀，保证各种合金能够充分固溶。

因为该钢种性质，生成的氧化铁皮致密，更应该合理控制炉内气氛，防止生成的氧化铁皮更多、更坚固，空燃比控制在0.7～0.9，防止因为氧气给的太多，既浪费热量又加重钢的氧化；同时合理控制炉膛压力≤25Pa，保持微正压操作，保证炉头不吸冷风也不冒火；保证钢坯加热温度均匀，升温速度均匀，防止紧急升温造成的钢坯裂纹及温度不均匀性，确保钢坯头尾及水印温差≤50℃；保证钢坯最小在炉时间不少于90分钟，冷坯加热时间在120分钟以上，保证钢坯加热温度符合工艺要求，同时做到通条温度均匀、宽度方向温度均匀、钢坯内外温度均匀。

事故停轧时候，应该采取积极的降温制度，防止钢坯长时间高温在炉造成氧化铁皮大量生成，甚至造成过热、过烧现象。

由于运行一座加热炉不能满足整条轧线的产能需求，考虑两座加热炉同时运行以更好地满足轧制对于加热炉产能和板坯温度均匀性的要求，尤其是对于加热质量有特殊要求的钢种。如果实现两座加热炉同时运行，对于提高产能和提升产品质量将有很大的实际意义。现在两座加热炉已经全部投入使用，整条轧制线产能的瓶颈得到了解决，同时温度均匀性和命中率也有了很大改善。

2粗轧轧制工艺

粗轧开轧温度在1100～1180℃范围，粗轧轧制的温度范围在奥氏体再结晶区，对加热时粗化的奥氏体晶粒反复进行轧制—再结晶使之得到细化，并且相变前的奥氏体晶粒越细，相变后的铁素体也变得越细。在奥氏体区轧制时，道次压下量必须大于临界压下量，尤其在动态再结晶区，否则容易产生混晶。混晶形成的原因是由于变形后经再结晶的晶粒比没有经再结晶的晶粒软，再经继续变形则软的晶粒不断发生再结晶，而硬的晶粒就难以进行，最后形成晶粒大小不等，形成混晶。同时还要连续轧制，不要间断，尤其在动态再结晶区，使晶粒来不及长大。总之，粗轧轧制就是要将加热后的钢坯随着温度的下降不断地轧制，每道次变形量应大于临界变形量，这样就能使奥氏体晶粒逐道细化，最后得到充分细小的奥氏体晶粒。在相同的总变形量和轧制不间歇的前提下，道次少而变形量大的轧制比道次多而变形量小的轧制更有利于晶粒细化。

唐山建龙中宽带轧线的粗轧机为单机架，轧制规程根据板坯的不同规格以及成品规格的要求设定为5道次或者7道次往复轧制。粗轧采用AWC宽度自动控制系统，保证了供给精轧的中间坯的尺寸和并能达到良好的板型控制。可根据成品规格厚度和精轧轧制力以及控轧控冷的需要把板坯厚度由180mm轧制成30～22mm的中间坯，并供给精轧。同时在中间坯粗轧进精轧之间采用保温罩，以保证中间坯通条温度的均匀性。

3 精轧轧制工艺

一般未再结晶区温度范围在950℃以下，而唐山建龙510L由于含有铌，轧制过程中Nb(C、N)的析出，明显抑制了奥氏体的再结晶，使再结晶终止温度有了一定程度的提高，而唐山建龙精轧入口温度控制在1000℃以上，目标控制值1050℃，所以可以认为精轧轧制是在未再结晶区的温度范围内。同时510L轧制时，由于Nb(C、N)的析出，约从950℃起，随着温度的降低静态再结晶临界变形量剧烈地增大，发生静态再结晶实际上是不可能的，可以认为奥氏体晶粒变形后基本上不发生再结晶。因此，精轧连轧机的变形量对晶粒细化起到叠加效应，精轧为7架连轧机，采用选进的AGC厚度自动控制系统和液压压下控制系统，为成品的精度控制提供了有力的保障。在奥氏体未再结晶区进行轧制时，γ晶粒沿轧制方向伸长，在奥氏体晶粒内部产生形变带。此时不仅由于晶界面积的增加，提高了α的形核密度，而且也在在形变带上出现大量的α晶核，这就进一步促进了α晶粒的细化。随未再结晶区总压下率的增加，伸长的γ晶粒在厚度方向的尺寸变小。所以，相变后的α晶粒随未再结晶区总压下率的增加而变细。7架精轧抽的总变形量叠加平均大于70％，对于晶粒细化起到了重要作用。

下表为在大量数据收集分析中得到的终轧温度与带状组织和晶粒度的关系

终轧温度能控制非金属夹杂分布从而影响效率冷弯性能，低温轧制会使带状组织严重，在生产中，在同一批坯料进行跟踪分析，发现采取不同终轧温度冷弯性能和力学性能明显不同，终轧温度分别为780～810℃，820～860℃，880～910℃，金相分析结果表明820～860℃终轧温度范围生产的钢带宽晶粒度明显高于880～910℃终轧温度范围生产的钢带，其晶粒度评级平均上升了0.5级。可见510L钢终轧温度不能过低，不可低于800℃，也不能过高。同时理伭分析认为MnS在900～800℃时随着轧制济度的降低塑性逐渐变好。但在奥氏本区轧制时，终轧温度越高，奥氏体晶粒越粗大，转变后的铁素体晶粒越粗大，并容易出现魏氏组织，对钢的性能不利。所以均衡考虑，并根据现声实际终轧温度控制精度情况，确定把终轧目标温度定在840℃，范围要求在840±30℃。

4 层流冷却和卷取

带状组只主要是碳和锰在固态相变中发生不均匀的重新分布引起的。唐山建龙510L钢的碳和锰含量较高(0.10％C，1.40％Mn)，属于易形成带状组织的成分范围，由于钢坯在凝固过程中形成枝晶间偏聚，形成了一次带状组织。在轧制过程中成分偏聚区被变形延伸成条带状分布，冷却时锰偏聚区的局部相变温度较低，而低锰区的相变温度较高，首先形成铁素体并导致碳和锰进一步富集到聚区，最后形成铁素体和珠光体带状组织，属于一次带状组织基础上形成的二次带状组织。带状组织可造成钢的力学性能具有方向性，使钢的横向韧性和切削加工性变坏，所以应尽量避免带状组织的形成。提高铸坯在加热炉内的均热温度和均热时间有利于溶质元素的扩散，使成分趋于均匀，但需要时间太长，在实际生产条件下很难通过均过程实现钢坯成分均匀化。在溶质元素(主要是锰)浓度仍然存在带状分布的情况下，增加冷却速度溶质集区在形成珠光体之前完成奥氏体—铁素体转变，是避免生成铁素体/珠光体带状组织的有效方法。

根据大量实际生产数据表明：高温卷取会使带状组织严重，控制卷取温度会降低带状组织的级别甚至带状组织消失。唐山建龙在实际生产中，采用18组层流冷却来控制卷取温度，根据不同的钢带厚度采用15～30℃/s的冷却速度，控制中部整体目标温度在620℃，从而有效地控制了二次带状组织的形成。同时，通过增减层流冷却水管的开启组数对带钢头部、中部和尾部实行不同强度的冷却方式，现实了卷取温度的U武进控制，降低了带钢成品卷内外圈与中部的温度偏差，保证了带钢通条的性能均匀。现在考虑建立卷取CTC温度控制模型，进一步稳定卷取控制的精度，保证性能的进一步均匀，从而提升产品质量。

下图为唐山建龙生产的510L大梁钢的钢带的金相图片：

4 总结

1 唐山建龙510L已经形成了比较稳定的客户群，并且随着产能的扩大逐渐扩大。

2 到目前为止，唐山建龙铁水预处理已经投入使用，S含量的控制有了显明下降；连铸钢水浇注过热度的控制使成分偏析得到明显改善，轧钢的带状组织控制得更低甚至实现了消失，产品质量在迅速提升，开始由中低端市场进入高端市场。