山鋼日照2050熱連軋基于超快冷的雙相鋼DP600的生產(chǎn)實(shí)踐

李 賀

(山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800)

山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司2050 mm熱連軋產(chǎn)線于2017年9月熱試投產(chǎn)，定位高品質(zhì)高附加值產(chǎn)品；配置先進(jìn)的單蓄熱、雙蓄熱式加熱爐；采用西馬克公司最新裝備技術(shù)，以及TMEIC公司最新的自動(dòng)化控制和傳動(dòng)系統(tǒng)。廣泛吸收其他生產(chǎn)線的配置優(yōu)點(diǎn)：大壓下量的定寬機(jī)、邊部加熱器、產(chǎn)品質(zhì)量分析系統(tǒng)PQA等，為生產(chǎn)具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品提供了設(shè)備和技術(shù)保障。軋后冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)為國(guó)內(nèi)首家同時(shí)采用前后置超快冷配置。熱軋雙相鋼具有高強(qiáng)度，高塑性，高抗疲勞性能，成形性好的特點(diǎn)，成為汽車用鋼的熱點(diǎn)[1]。自產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，利用超快冷高壓模式對(duì)雙相鋼產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行了多次調(diào)試，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化工藝，最終實(shí)現(xiàn)了雙相鋼的批量穩(wěn)定生產(chǎn)。

1 產(chǎn)線流程

產(chǎn)線流程如圖1所示。

圖1 產(chǎn)線流程

2 超快冷簡(jiǎn)介

2.1 前置式超快速冷卻系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)備布置在精軋機(jī)后，集管數(shù)量為4 組×10對(duì)，采用高壓密集射流冷卻裝置，用于將熱軋板帶鋼按給定的工藝要求冷卻到中間溫度。通過(guò)配置的前置式超快速冷卻設(shè)備，結(jié)合層流冷卻，采用直接熱軋加超快速冷卻的生產(chǎn)工藝，利用細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化與相變強(qiáng)化相結(jié)合的機(jī)制提高強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能，改善焊接使用性能，可在不添加或少添加合金元素用量的情況下，開(kāi)發(fā)同等級(jí)別的熱軋板帶材，降低生產(chǎn)成本。

2.2 后置式超快速冷卻系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)備布置在層冷精冷段后卷取機(jī)前，集管數(shù)量為3組×10對(duì)，采用高壓密集射流冷卻裝置，將熱軋板帶鋼按給定的工藝要求冷卻到終冷溫度，滿足特殊產(chǎn)品如DP雙相鋼、TRIP鋼等鋼種的生產(chǎn)。

超快冷設(shè)備壓力范圍在0.2～1.0 MPa，最大水量13000 m3/h。軋后冷卻工藝布置見(jiàn)圖2。

圖2 軋后冷卻工藝布置

3 生產(chǎn)工藝

3.1 成分設(shè)計(jì)

考慮到DP600雙相鋼的特點(diǎn)，成分設(shè)計(jì)采用低碳低合金的Si-Mn-Cr系，通過(guò)相變來(lái)獲得鐵素體-馬氏體的雙相組織，成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表1所示。

表1 DP600化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

鋼中Cr+Ni+Mo≤1.5%。

3.2 熱軋工藝

3.2.1加熱

(1)加熱時(shí)間260-280 min，為保證表面質(zhì)量，在爐時(shí)間超過(guò)360 min直接打回爐，不得軋制。

(2)加熱出爐溫度提高至1240 ℃，采用弱氧化氣氛燒鋼。

3.2.2粗軋

(1)R2軋機(jī)終軋溫度:平均控制在1080 ℃。

(2)R2軋機(jī)5道次均開(kāi)啟除鱗。

3.2.3精軋

(1)精軋入口溫度FET在1030-1050 ℃左右，終軋溫度設(shè)定為820 ℃，工序重點(diǎn)為冷卻溫度的精準(zhǔn)控制。為保證卷取溫度控制，首先須保證終軋溫度的精準(zhǔn)控制，因此精軋軋制速度采用勻速軋制，以4.2 mm DP600為例，精軋穿帶速度為6 m/s,軋制速度為7.5 m/s。

3.2.4軋后冷卻及組織性能

在軋后冷卻段控制相變開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，得到合理的馬氏體和鐵素體體積分?jǐn)?shù)，是熱軋馬氏體雙相鋼的基本原理[2]，超快冷TMCP過(guò)程應(yīng)滿足以下條件：(1)足夠的鐵素體生成；(2)抑制珠光體和貝氏體生成；(3)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體[3]。根據(jù)化學(xué)成分，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)低成本高強(qiáng)度雙相鋼的目的，設(shè)計(jì)采用低溫卷曲的工藝，前置超快冷出口溫度670 ℃，空冷10 s， 250 ℃低溫卷取，冷卻工藝路徑如圖3所示。

第一次試制，冷卻采用前后置超快冷高壓模式，壓力設(shè)定為0.8 MPa，中間普通層流冷卻僅投用兩組精調(diào)段，其余集管不用，超快冷水泵開(kāi)啟5臺(tái)，總水量8000 m3/h，具體工藝如表2、圖4、圖5所示。

圖3 基于超快冷的雙相鋼工藝路徑控制示意圖

試制產(chǎn)品性能如表3所示。

2支4.2 mm DP600卷取溫度整體偏高。第一支抗拉強(qiáng)度不合格，第二支整體卷取溫度比第一支低50℃，性能合格但總體強(qiáng)度余量較小。金相組織如圖6所示。

從金相組織來(lái)看，主要為鐵素體和少量馬氏體，本次試制的雙相鋼卷取溫度較高，H1218A078227組織中出現(xiàn)貝氏體。對(duì)于4.2 mm DP600雙相鋼，卷取溫度控制在250 ℃以下，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度滿足要求。本次試制的4.2 mm DP600，第一支尾部溫度達(dá)450 ℃，抗拉強(qiáng)度不合格；第二支尾部卷取溫度300-350 ℃，抗拉強(qiáng)度合格，但由于組織中出現(xiàn)貝氏體組織，屈服強(qiáng)度較高。

表2 DP600試制生產(chǎn)工藝

圖4 H1218A078225溫度曲線

圖5 H1218A078227溫度曲線

規(guī) 格鋼卷號(hào)屈服強(qiáng)度,MPa抗拉強(qiáng)度,MPa延伸率A50,%屈強(qiáng)比 DP600指標(biāo)要求330-470580-700≥24-4.2mmH1218A078225初驗(yàn)431519260.83復(fù)驗(yàn)428519320.8243952527.50.84H1218A078227初驗(yàn)46758825.50.79

H1218A078225 H1218A078227圖6 首次試制雙相鋼的金相組織

依據(jù)首次試制結(jié)果，綜合設(shè)備和工藝控制情況，在后續(xù)試制時(shí)，增加超快冷水泵至6臺(tái)，總水量10 000 m3/h，其余工藝不變，具體工藝如表4、圖7、圖8所示。卷取溫度較低，主要是高壓模式水量大，帶鋼表面帶有殘留水，加上現(xiàn)場(chǎng)水汽較大，影響了高溫計(jì)檢測(cè)，使用手持高溫計(jì)卸卷后立即檢測(cè)，實(shí)際溫度應(yīng)在200 ℃左右。

產(chǎn)品性能如表5所示。

優(yōu)化工藝后的金相圖及兩相比例圖如圖9、圖10所示。

表4 優(yōu)化后生產(chǎn)工藝

圖7 H12191000873卷取溫度

圖8 H11191000872卷取溫度

規(guī) 格鋼卷號(hào)屈服強(qiáng)度,MPa抗拉強(qiáng)度,MPa延伸率A50,%屈強(qiáng)比 DP600指標(biāo)要求330-470580-700≥24-4.2mmH12191000873初驗(yàn)365642270.57H11197000872初驗(yàn)359623280.57

H12191000873

H11197000872圖9 優(yōu)化工藝后的雙相鋼金相組織

圖10 優(yōu)化工藝后的雙相鋼兩相比例

從金相組織來(lái)看，主要為鐵素體和馬氏體組織；由兩相比例圖看，馬氏體組織約占22%左右。將該工藝生產(chǎn)的雙相鋼送用戶處進(jìn)行試用，試用情況良好，用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量表示滿意，并簽訂了批量供貨協(xié)議。

4 結(jié)論

(1)要得到鐵素體-馬氏體雙相鋼，采用低溫卷取的工藝時(shí)，超快冷高壓模式的水量和壓力穩(wěn)定是關(guān)鍵，正常情況下，超快冷需滿足壓力0.8 MPa，水量10000 m3/h。

(2)超快冷高壓模式水量過(guò)大，對(duì)側(cè)噴、反噴裝置要求較高，必須保證帶鋼表面吹掃干凈，否則會(huì)影響溫度檢測(cè)，進(jìn)而影響溫度反饋控制。

(3)針對(duì)雙相鋼生產(chǎn)提出了一系列工藝優(yōu)化措施，目前在工藝實(shí)現(xiàn)方面，雙相鋼的生產(chǎn)調(diào)試取得了成功，軋制過(guò)程穩(wěn)定，各控制模塊運(yùn)行比較正常，產(chǎn)品性能和表面質(zhì)量均滿足要求。