天鋼生產(chǎn)厚板可行性分析

信海喜，孫 偉

（1.天津鋼鐵集團有限公司中厚板廠，天津300301；2.天津中德應(yīng)用技術(shù)大學機械工程學院，天津300350）

0 引言

隨著機械制造、造船、建筑、橋梁、容器、水電及大直徑輸送管線等重要結(jié)構(gòu)向著大型化和高科技化發(fā)展，對鋼板厚度的需求也向著超厚、超寬、高性能方向發(fā)展。這對厚板強韌性、焊接性能、屈強比、抗層狀撕裂能力提出了較高要求，對高強度、優(yōu)良的低溫韌性及良好焊接性能厚板的需求不斷增加[1-2]。本文結(jié)合我公司現(xiàn)有工藝及裝備特點對該生產(chǎn)線生產(chǎn)厚板的可行性進行分析。

1 工藝流程

天鋼中厚板生產(chǎn)線具有蓄熱式步進梁加熱爐3座，配備有高壓水除鱗；3 500 mm粗、精四輥可逆軋機2臺，ACC層流冷卻系統(tǒng)1套；2 500 t十一輥全液壓矯直機1套、NDT自動探傷儀1套、輥底式常化爐1套等。其具有低溫軋制、在線冷卻、在線檢測及離線熱處理的能力，可滿足TMCP工藝及多種軋制方式的需求。厚板生產(chǎn)流程示意圖見圖1。

從厚板生產(chǎn)流程來看，一般都要經(jīng)過鑄坯預(yù)處理、加熱、高壓水除鱗、軋制、矯直、冷卻（包括緩冷）、切割以及檢查、壓平、熱處理等多個主要工藝環(huán)節(jié)。但其在具體的工藝設(shè)備配置和生產(chǎn)方法上有很大不同[3-5]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 坯料選擇

原料及其尺寸設(shè)計是厚板生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一。厚板坯料一般采用扁鋼錠、鍛壓坯、初軋板坯以及連鑄板坯。受壓縮比的限制，采用連鑄坯生產(chǎn)的特中厚板厚度一般不超過100 mm，在生產(chǎn)100 mm以上厚度的特中厚板時均采用模鑄。我廠采用奧鋼聯(lián)連鑄機生產(chǎn)的連鑄板坯，坯料尺寸有180 mm×1 600 mm，200 mm×1 600 mm，250 mm×2100 mm。對于生產(chǎn)厚板，從提高厚板內(nèi)部質(zhì)量角度考慮，提高壓縮比，采用250 mm×2 100 mm板坯。根據(jù)不同鋼種特性，鑄坯應(yīng)采用相應(yīng)的緩冷措施，不但能夠改善鑄坯的枝晶偏析和中心偏析水平，而且通過緩冷可加劇氫的逃逸。結(jié)合我生產(chǎn)廠連鑄和軋鋼兩車間距離近的特點，場地非常有限，因此只能對合金鋼板坯，厚板板坯進行緩冷操作[1]。具體操作如表1所示。

表1 堆冷操作

1.2 加熱

鑄坯加熱時保證充足的保溫時間，有利于溶質(zhì)元素的充分擴散，可緩解鋼板內(nèi)部的偏析程度，提升探傷質(zhì)量。車間內(nèi)有步進式加熱爐3座，均采用蓄熱式加熱技術(shù)，既可保證燒鋼溫度均勻，又可實現(xiàn)低熱值燃料高效燃燒。加熱溫度1 100～1 350℃，加熱介質(zhì)為高爐和裝爐混合煤氣。每臺加熱爐的有效尺寸（長×寬）為 43.253 m×7.656 m，最長可加熱 3 300 mm的板坯。厚板坯加熱時要控制其加熱速度，加熱速度過快會導致鋼板內(nèi)外溫差較大，產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，容易誘發(fā)坯料裂紋等缺陷。板坯加熱溫度和加熱速度控制可按表2、表3中執(zhí)行，對于厚板坯均按上限執(zhí)行[6]。

表2 板坯加熱溫度控制

表3 板坯加熱速度控制

1.3 軋制

軋鋼生產(chǎn)線具有3 500 mm雙機架四輥可逆式粗軋機和精軋機。機座剛性8 000 kN/mm，軋制線最大高度40 mm。機架前設(shè)有高壓水除磷機，最大噴水壓力壓力18 MPa，粗軋機采用電動APC控制，精軋機采用電動APC＋液壓AGC，最大軋制速度為4.5 m/s，7.0 m/s。電動壓下采用電磁離合器和壓力傳動器，壓下速度0～20～40 mm/s，液壓壓下壓下速度5 mm/s，軋制力可達7 000 t，粗軋機最大壓下量≤50 mm，精軋機最大壓下量≤40 mm。目前可生產(chǎn)中厚板尺寸范圍如表4所示。

表4 生產(chǎn)尺寸范圍

厚板軋制時，由于變形量相對較小且心部不易變形，原始坯料內(nèi)部存在的疏松、晶粒粗大和內(nèi)部偏析等缺陷難以消除。在軋制過程中應(yīng)采用高溫低速大壓下的軋制工藝，要求必須進行大變形系數(shù)軋制，實現(xiàn)板坯心部變形。而每道次的壓下率、工作輥半徑及軋輥與軋材間壓應(yīng)力接觸面積決定了軋制時深入心部的穿透率。變形系數(shù)愈高，則降低疏松的能力愈強。為改善板材中心性能，應(yīng)盡量減少軋制道次，提高單道次壓下率，即大變形系數(shù)。厚板生產(chǎn)可以根據(jù)鋼種、厚度、寬度、板形、加熱溫度等情況，合理分配道次壓下量，合理選擇軋制方式[7]。

1.4 冷卻和矯直

厚板必須對軋后冷卻工藝引起足夠的重視。生產(chǎn)線具有ACC層流冷卻系統(tǒng)1套，25組集管，其中前20組為常規(guī)冷卻，后5組為微調(diào)。要實現(xiàn)厚板在線冷速控制精確較難，要盡量防止軋后冷速過快，造成鋼板內(nèi)應(yīng)力及裂紋擴展敏感性增加。同時強化緩冷工藝，對于厚板應(yīng)盡量延長緩冷時間長。軋后緩冷方式包括堆垛緩冷、緩冷坑緩冷、緩冷罩等，我車間根據(jù)實際情況采用堆垛緩冷方式。

矯直采用全液壓強力十一輥矯直機，矯直機工作輥和支撐輥可整體傾動。矯直力可達到2 500 t。矯直板材屈服極限710 MPa。熱矯機設(shè)計矯直厚度為6～60 mm，但厚度為60～100 mm的厚板也可根據(jù)其板溫和屈服強度，采用輕微壓下的方式進行矯直。不同板厚下的矯直機壓下量見表5。

對于厚板的矯直，只能根據(jù)實際情況做相應(yīng)調(diào)整，以矯直后鋼板平整度符合要求為準。

1.5 探傷

對用于工程機械、壓力容器、鍋爐、橋梁等重要用途和特殊用途的厚鋼板，應(yīng)進行探傷檢測。我廠具有先進的德國NDT超聲波自動探傷設(shè)備，但對于厚板探測厚度受限，只能采用手動超聲波探傷，允許探測鋼板厚度6～80 mm，探測鋼板允許最高溫度110℃。

表5 矯直機壓下量

1.6 熱處理

熱處理是厚板性能提升的重要手段，通過對鋼板加熱和冷卻過程的有效控制，獲得了晶粒均勻細小的組織，從而提高了鋼的強韌性。

對于較高強度等級的高強度板、低溫用鋼板、鍋爐、壓力容器板和一些特殊用途的厚板板需要熱處理交貨。我廠有輥底式熱處理爐1座，可以實現(xiàn)厚度小于100 mm厚板以兩種熱處理工藝交貨：正火處理（N）和回火處理（T）。

1.7 火焰切割與標識

采用自動火焰切割機，切割氣體氧氣、天然氣切割厚度6～200 mm，切割速度480 mm/min（對于厚度30 mm鋼板）按照鋼板厚度調(diào)整氣割直徑和氣割速度。采用單塊切割，不得多塊垛板切割。

切割完畢后，經(jīng)檢驗的鋼板作好鋼板標識噴印（和打印）。噴字時距板邊400 mm，距鋼板頭部300～800mm范圍內(nèi)打印；沖印位置在噴印附近。

2 厚板工藝試制

本次試制坯料尺寸為250 mm×1 800 mm，成品尺寸為80 mm×2 000 mm，中間坯厚度186 mm，熔煉成分如表6所示。

表6 鑄坯成分 wt/%

2.1 工藝過程控制

本次軋制采用高溫、低速、大壓下的原則，軋制速度1.0 m/s，軋制道次分配情況如表7所示。

表7 軋機道次分配

具體軋制工藝過程溫度如表8所示，可以看出過程溫度控制平穩(wěn)，各溫度滿足工藝要求。

表8 軋制工藝過程溫度控制

2.2 檢測結(jié)果分析

2.2.1 力學性能

力學性能情況如表9所示。

從表9中可以看出，采用工藝軋制80mm厚鋼板抗拉強度和屈服強度均符合標準要求，且常溫沖擊功較高，但低溫沖擊結(jié)果未達到預(yù)期效果，需要進一步調(diào)整成分及工藝。

2.2.2 金相組織

從圖2的金相組織看出，不同部位組織均有不同程度的偏析，且表層具有針狀組織，ACC層流冷卻需要進一步調(diào)整。

圖2 80 mm厚板組織典型形貌

表9 力學性能情況

3 結(jié)論

我公司工藝與裝備具有一定的優(yōu)勢，通過調(diào)整軋制和冷卻工藝，可以實現(xiàn)80mm以內(nèi)厚板的生產(chǎn)。試制工藝過程控制較好，試制厚板力學性能能夠滿足標準要求，不同部位組織均存在一定偏析，后續(xù)試制需要進一步調(diào)整工藝。