SPHC热轧板卷力学性能优化研究

鞍钢技术　２０１７年第３期　ＡＮＧＡＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　总第４０５期　～’－－－●－…三　…－－●●●●●－　ＳＰＨＣ热轧板卷力学性能优化研究　吴优ｔ，周晓光ｚ，郭洪河ｔ，魏春新　，魏秀东　，刘振宇。　（１．鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳１２２０００；　２．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳１１０８１９）　摘要：为了解决ＳＰＨＣ热轧板卷屈服强度偏高的问题，从化学成分、工艺、组织和性能角　度对屈服强度偏高的ＳＰＨＣ板卷进行了系统分析，结果表明，钢中Ｃ含量、残余（微）合金元素　总量、轧制和冷却工艺是影响ＳＰＨＣ钢屈服强度的主要因素。经过对化学成分和工艺优化后，　屈服强度≥２７０　ＭＰａ的ＳＰＨＣ板卷比例由３３．３％降至ｌ０．０％。屈服强度＜２５０　ＭＰａ的比例由　１６．７％提高至３８．０％。解决了ＳＰＨＣ热轧板卷屈服强度偏高的问题。　关键词：热轧板；化学成分；屈服强度　中图分类号：ＴＰ３３５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４６１３（２０１６）０３—００１９—０４　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＳＰＨＣ　Ｈｏｔ　Ｒｏｌｌｅｄ　Ｃｏｉｌ　Ｗｕ　Ｙｏｕ　，Ｚｈｏｕ　Ｘｉａｏｇｕａｎｇ￣，Ｇｕｏ　Ｈｏｎｇｈｅ　，Ｗｅｉ　Ｃｈｕｎｘｉｎ‘，Ｗｅｉ　Ｘｉｕｄｏｎｇ　，Ｌｉｕ　Ｚｈｅｎｙｕ　（１．Ｃｈａｏｙａｎｇ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ　Ａｎｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，　Ｃｈａｏｙａｎｇ　１　２２０００，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｆ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０８１９，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＰＨＣ　ｈｏｔ　ｒｏｌｌｅｄ　ｃｏｉｌ　ｗａｓ　ｈｉｇｈ，ｔｌｌｅ　ＳＰＨＣ　ｃｏｉｌ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙ　ｏｖｅｒ　ｉｔｓ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｌｉｎｅ，　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｓｔｅｅｌ，ｔｈｅ　ｔｏｔｌａ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｒｅｓｉｄｕａｌ（ｍｉｃｒｏ－ａｌｌｏｙｉｎｇ）ａｌｌｏｙｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＰＨＣ　ｓｔｅｅ１．Ａｆｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＰＨＣ　ｃｏｉｌｓ　ｗｈｏｓｅ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ　ｗｅｒｅ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　ｏｒ　ｅｑｕａｌ　ｔｏ　２７０　ＭＰａ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　３３．３％ｔｏ　１０％ｗｈｉｌｅ　ｔｈｏｓｅ　ｃｏｉｌｓ　ｗｈｏｓｅ　ｙｉｅｌｄ　ｓ￣ｅｎｇｔｈｓ　ｗｅｒｅ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　２５０　ＭＰａ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　１６．７％ｔｏ　３８．０％ａｎｄ　ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＰＨＣ　ｈｏｔ　ｒｏｌｌｅｄ　ｃｏｉｌ　ｗａｓ　ｓｏｌｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｏｔ　ｒｏｉｌｅｄ　ｃｏｉｌ；ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ；ｙｉｅｌｄ　ｓ￣ｅｎｇｔｈ　ＳＰＨＣ低碳低硅铝镇静钢是国内钢企生产热　２０１０年鞍钢集团朝阳钢铁有限公司开始在　轧卷板、卷带的重要钢种，由于其具有较强的延伸　ＡｓＰ１７０ｏ热轧生产线上进行研发和生产ＳＰＨＣ热　性和冷加工性能，应用较为广泛，市场需求量较　轧板卷。为冷轧提供基料。一直以来产品力学性能　大［１］。根据目前的生产实际情况，国内外薄板坯连　较为稳定。但最近几个批次ＳＰＨＣ热轧板卷却出　铸连轧生产线生产的低碳热轧薄带钢力学性能均　现了部分质量异议。部分客户提出ＳＰＨＣ产品屈　偏高，作为冷轧原料因其力学性能偏高而出现一　服强度（硬度）偏高，影响了下游客户的正常使用。　系列问题［　。　吴优，工程师，１９９７年毕业于东北大学钢铁冶金专业。　基于此。本文通过对ＳＰＨＣ热轧板卷的成分、组　织和力学性能的系统分析。从化学成分、工艺优　化的角度提出了改进措施，取得了显著效果，为　钢铁企业解决类似问题提供了宝贵的经验。　——Ｅ－－ｍａｉｌ：ｊｉｎｓｈｕｉ６０１＠１６３．ｔｏｎｉ。辽宁省自然科学基金资助项目　（２０１５０２０１８０）：高校基本科研业务费专项资金资助项目　’９——　《鞍钢技术》２Ｏ１７年第３期　吴优等：ＳＰＨＣ热轧板卷力学性能优化研究　总第４０５期　１　ＳＰＨＣ钢生产工艺　‘　表２　ＳＰＨＣ钢的屈服强度统计结果　朝阳钢铁炼钢一轧钢主要设备包括：单喷颗　屈服强度／ＭＰａ　所占百分比，％　粒镁铁水脱硫站２座，１２０　ｔ顶底复吹转炉２座。　５．６　１２０　ｔ　ＬＦ精炼炉２座，ＡＳＰ１７００连铸机２台，一　１１．１　条１７００热轧生产线。ＳＰＨＣ钢材的生产工艺路　２２．２　线为：铁水脱硫一转炉冶炼一ＬＦ炉精炼处理一连　２７．８　铸～轧制一冷却～卷取。ＳＰＨＣ钢的化学成分见　３３．３　表１。　２．１　Ｃ含量对ＳＰＨＣ钢屈服强度的影响　表１　ＳＰＨＣ钢化学成分（质量分数）　％　ＳＰＨＣ在成分设计上属低Ｃ低ｓｉ铝镇静钢。Ｃ　是钢中最主要、最有效的固溶强化元素，对钢的性　能有重要影响。Ｃ含量增加，则珠光体含量增加，　在一定程度上能提高钢板强度。同时铁素体中Ｃ还　能溶人铁的基体中，造成基体晶格畸变并阻碍位错　运动，产生固溶强化作用，使其屈服强度和抗拉强　注：Ｎｉ￣＜０．１５％，Ｃｒｙ＜０．１５％，Ｃｕ￣＜Ｏ．１５％。　度均有一定程度增加。钢中Ｍｎ元素变化也会影　ＳＰＨＣ热轧带钢轧制规格为：常规轧制厚度　响钢板强度，但在生产ＳＰＨＣ钢时为消除或减弱Ｓ　ｈ＝２．５～５．０　ｍｍ，设计能力ｈ＝１．５～１０．０　ｍｍ，宽度　的有害作用。一般要求Ｍｎ／Ｓ≥２０～２５。通过控制　范围９００—１　５３０　ｍｍ，平均轧制规格卯　∞　加　Ｏ　（厚度×宽　Ｍｎ／Ｓ比来控制ＦｅＳ在晶界的析出，从而降低钢坯　度）为．３．２５　ｍｍ￣１　１４０　ｍｍ。热轧卷取温度ＣＴ范　在热轧时的热脆敏感性。实际生产时钢中Ｓ含量　围６２０～６５０℃。ＳＰＨＣ热轧钢卷成品性能要求：　约为０．００５％一０．０１５％，为降低合金成本，钢中添加　抗拉强度≥２９０　ＭＰａ。屈服强度≥２１０　ＭＰａ，延伸　Ｍｎ含量可控制在下限。即在０．１５％一０．２５％之间。　率≥３１％。　因此能提高强度的元素就只有Ｃ。经统计现场实　际生产的ＳＰＨＣ钢中Ｃ含量为０．０４２％～０．０５９％，　２　ＳＰＨＣ热轧产品屈服强度偏高原因分析　平均值为０．０４８％。Ｃ含量有进一步下降的空间。　针对下游冷轧企业对朝阳钢铁生产的ＳＰＨＣ　２．２钢中残余微合金元素含量对ＳＰＨＣ钢屈服强　热轧板卷提出屈服强度偏高的问题，对该批次　度的影响　ＳＰＨＣ进行产品力学性能的系统检测。ＳＰＨＣ钢卷　ＳＰＨＣ钢的化学成分中，除了常规成分Ｃ、Ｍｎ　屈服强度波动范围２４１～３１１　ＭＰａ，均值为２６８．５６　等会影响钢材的强度，残余微合金元素的含量也　ＭＰａ。ＳＰＨＣ产品屈服强度统计结果见表２。由表２　会对钢材强度造成影响Ｅ３］。表３为屈服强度偏高批　可以见。ＳＰＨＣ热轧产品的屈服强度整体较高，超　次ＳＰＨＣ钢中残余微合金元素含量与国内Ａ钢厂　过２７０ＭＰａ的比例达到了３３－３％。　和Ｂ钢厂的对比情况。　表３　ＳＰＨＣ钢中残余（微）合金元素含量（质量分数）％　从表３中可以看出，质量异议ＳＰＨＣ钢中的　化和析出强化作用。Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ的总含量可达　残余微合金元素的含量显著高于Ａ钢厂和Ｂ钢　０．０９％，也可起到一定程度的固溶强化效果。同时，　厂。此批次ＳＰＨＣ钢中的Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ等微合金元素　（微）合金元素含量的增加会显著提高ＳＰＨＣ钢的　的总含量可达０．００７％，可产生一定程度的细晶强　淬透性，在冷却速度相同时，其更容易生成准多边　一２０一　鞍钢技术　２０ｌ７年第３期　ＡＮ（　ＡＮ（　Ｔ卜＝ＣｔｔＮｔ）ｌ　ＯＣＹ　总第４０５期　形铁素体、针状铁素体甚　ｆＪ］氏休组织，使钢材强　２．３轧制和冷却工艺对ＳＰＨＣ屈服强度的影响　度提岛　．表４为丰｝Ｉ对应的力学性能　表４　ＳＰ１ｔＣ钢的力学性能　质；ｌ　异ｃ义－ｔｌ［次ＳＰｔｔＣ钢与Ａ钢厂ＳＰＨＣ钢的　金十ｌ　【织　ｌ　从　１Ｉ　ｒ　．质精异议批次钢　棚组织为准多边形铁索体和针状铁素体，铁素　，　ｆＩ粒成细Ｋ或　弯　，【１『　菩提高钢材强度：　多边彤铁素仆，｝　粒尺寸分布　ｉ（ｉｆ　Ａ钠Ｊ‘例　均匀　ＳＰｔｌＣ　从表４可以看ｆ『『’质量异议批次ＳＰＨＣ钢的　硬度为ｌ０９．６ＨＶ５，高于Ａ钢Ｊ一产品１８．４３％一　质量　异议批次ＳＰＨＣ钢的强度显著高于Ａ钢厂的产　品，其中屈玎６｝强度高３６　ＭＰａ，抗托强度高３３　ＭＰａ　强　的增高缘Ｔ　组织不同．组织　／ｆ　川除ｒ　ｊ化学成分有父外，还　轧制和冷却Ｔ　仃父　顷　异议批次产。５＾采Ｊ１１　８６０～８８０【℃终轧　泓　，轧　果川前段快速冷却．冷却后　６２０～６５０℃　鉴收…ｊ：ＳＰｔｔＣ　Ｊ抗－　规格较薄．同时高残余（微）　合　兀崇会！ＩＩ！＿并挺尚钠的淬透性，使得在前段冷　却ｆｆ．签敷温良小岛的条件下．受容易生成准多边　彤铁索体ｆ１Ｊ”状铁索体，导致ＳＰＨＣ钢慢度增大　［大Ｉ此，残余（馓）合金冗素　垣偏高也是此批次　ＳＰＨＣ钢强度偏高的　ｉｉ要原　之　图１　ＳＰＩＩ（：钢的金相组织　３采取的措施及效果　基于上述分析，纠　对客户提…的质量异ｃ义，采　取了以下改进措施：　均恤勾２５５．６　ＭＰａ、　５为成分和ｒ艺优化后　Ｓｔ　［ｔＣ钠　服强　的统汁结果　表５成分ｆ１ｌ　１．　ｆ＿亡ｌ化后ＳＩ，ＨＣ铡ｈｉ｛小强度　（１）适度降低钢中Ｃ含量，有利ｒ降低屈服　强度，提商延伸　，改善战形性能４．要求Ｃ含量　平均值≤０．０４５％　（２）采川较为纯净的矿　进行冶炼，降低钢　Ｉ｝】残余（微）合金元素的总含量　（３）适度提高终轧温度，使其终轧温度日标　值提高至８９０℃．　ｊ太２卡Ｈ比，　Ｉ．艺优化后ＳＰＨＣ钢属服强　≥２７０　ＭＰａ的比例…３３３％降低至ｌ０．　，桶服强　Ｊ￣＜２５０　Ｍ１）￣１的比例…ｌ６．７％提高至３８．０％　采川该　优化ｒ　所　产的产品经多家下游冷轧厂使用　Ｊ　，川ｒｌ　ＪＪ．映良好　（４）适度提高卷取温度，使其卷取温度ＣＴ目　标值提高至６９０　ｑｃ，避免针状铁索体的生成　采取ｊ　述措施后，存ＡＳＰＩ７００热轧生产线上　４结论　对ＳＰＨＣ钢进行ｒ批量生产．ＳＰＨＣ钢的强度得到　（１）ｃ禽　偏离，残余（微）合金元素偏高以及　轧捌和冷却１　的／ｆ　ｆＪ亡配足导致　Ｉ，ＨＣ钢屈服强　ｒ　著降低，腼服强度波动范嘲为２１８～２９２　ＭＰａ，　２１—　《鞍钢技术））２０１７年第３期　吴优等：ＳＰＨＣ热轧板卷力学性能优化研究　总第４０５期　度偏高的主要原因。　［２］张树堂．薄板坯连铸连轧生产冷轧用低碳热轧带钢的力学性　（２）通过对成分和工艺进行优化。ＳＰＨＣ钢的　能［Ｊ］．钢铁研究学报，２００５，１７（１１）：１０—１５．　屈服强度显著降低，屈服强度Ｉ＞２７０　ｂｌＰａ的比例　［３］康永林．ＣＳＰ低碳钢薄板组织演变及强化机理研究［Ｊ］．钢　铁，２００３，３８（８）：２０－２６．　由３３．３％降低至１０．０％。屈服强度＜２５０　ＭＰａ的比　［４］康永林．薄板坯连铸连轧生产冷轧基板的工艺与组织性能分　例由１６．７％提高至３８．０％。　析［Ｊ］．山东冶金，２００６，２８（４）：６－ｌ０．　参考文献　（编辑袁晓青）　［１］刘成松．ＢＯＦ—ＬＦ—ＣＣ工艺生产￥ＰＨＣ钢的洁净度［Ｊ］．钢铁　修回日期：２０１６—０６—１８　２０１５，５０（２）：２７－３１．　米米米米米米米米米米米米采米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米　（上接第５页）　至模型通过大数据挖掘学习到的一些深层次隐含　［４］蔺凤琴，宋勇，赵海山，等．ＣＳＰ热连轧二级控制系统改造升　规律，获得比较强的外推能力，将一些已经大量轧　级［Ｊ］．冶金自动化，２０１５（３）：６２—６６．　制产品的模型知识自动迁移到其他轧制次数较少　［５］宋勇．莱钢１５００　１１１１１１热轧带钢过程ｃａ动化系统［ｃ］／／２００５中　国钢铁年会论文集（第４卷）．北京：中国金属学会。２００５：　或没有生产过的钢种规格上。以获得比较好的控　７７２—７７５．　制效果。并减少对人工维护的依赖，这样模型就具　［６］刘文仲．中国热轧控制计算机及其技术的引进和吸收［Ｊ］．冶　有了某种“自我进化”的能力，而过程控制系统也　金自动化，２０１５（４）：１－６．　就达到了一定的人工智能水平。　［７］蔺风琴，王京，宋勇．基于ＰＣ服务器的过程控制软件平台研　究［Ｊ］．测控技术，２００５（４）：４９—５０．　［８］荆丰伟，宋勇，顾仲熙，等．热连轧二级系统改造的通信网　４结语　关设计［Ｊ］．冶金自动化，２０１５（３）：９１—９４．　我国引进了世界多家著名厂商的宽带钢热连　［９］孙文权，蔺凤琴，何安瑞，等．ＣＳＰ辊底式隧道炉过程控制系　轧过程控制系统和数学模型，经过多年来的消化、　统开发及实践［ｃ］∥第九届中国钢铁年会论文集．北京：中　吸收，以及不断的创新和实践，国内技术人员逐步　国金属学会。２０１３：１－５．　掌握了其软硬件集成和设计方法，并成功地开发　［１０】荆丰伟，宋勇，蔺凤琴，等．宽带钢热轧高精度数学模型介绍　［Ｊ］．金属世界，２０１０（５）：２８—３２．　出具有自主知识产权的中间件平台和模型系统。　［１１］宋勇，苏岚，荆丰伟，等．热轧带钢轧制力模型自学习算法优　宽带钢热连轧过程控制系统经过几十年的技　化［Ｊ］．北京科技大学学报，２０１０（６）：８０２—８０６．　术进步，目前相关的模型结构和技术都已经相对　【１２１何安瑞，邵健，史乃安．热带钢轧机自由规程轧制技术［Ｊ］．　成熟。随着计算机软硬件的快速发展，以及工业大　鞍钢技术，２０１４（１）：１－５．　数据和智能制造等新概念、新技术的兴起，材料计　［１３】邵健，何安瑞，杨荃．热轧板形控制模型开发过程与应用［Ｊ］．　金属世界，２０１０（５）：６８—７７．　算和机器学习等技术应用将会成为推动热连轧过　［１４】宋勇，荆丰伟，殷实，等．厚规格热轧带钢高精度卷取温度控　程控制系统技术进步的下一个突破口。　制模型［Ｊ］．工程科学学报，２０１５（１）：１０６－１１０．　【１５】王蕾，唐荻，宋勇．热轧带钢组织性能预报模型及应用［Ｊ］．钢　参考文献　铁，２０１６（１１）：７３—７８．　［１］唐荻．热连轧生产ｃａ动化控制系统的发展和技术进步［ｃ］∥　［１６Ｊ王蕾，唐荻，宋勇．基予位错密度的残余应变计算方法［Ｊ］．机　２ｏｏ８年全国轧钢生产技术会议文集．北京：中国金属学会，　械工程学报，２０１５（１８）：９１—９８．　２００８：８０—８６．　［１７】孙树萌，宋勇，王波，等．热连轧温度控制的异常检测研究　［２］刘文仲．轧钢过程自动化的应用软件设计［Ｊ］．冶金自动化，　［Ｊ］．工程科学学报，２０１５（３７）：１０６—１１１．　２０１３（１、：１－４．　［３］宋勇，荆丰伟，蔺凤琴，等．宽带钢热轧二级控制系统［Ｊ］．金　（编辑袁晓青）　属世界。２０１０（５）：６４—６７．　修回日期：２０１７—０１—２Ｏ　一２２一