（钢铁冶金专业论文）大规格棒材小压缩比热连轧生产工艺开发与研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 大规格棒材小压缩比热连轧生产工艺开发与研究 专业：钢铁冶金 研究生：杨德照 指导教师：袁守谦教授 陈 列 高工 摘要 本文叙述了在确保热连轧棒材组织和机械性能的同时，尽可能减小压缩比来提 高连铸坯的允许产材规格的试验研究工作及成果。为了充分利用现有生产条件，通 过控制连铸坯质量、热( 红) 送和轧后冷却过程的控制，尤其是热连轧过程的优化 控制，实现了2 3 5 x 2 6 5 m m 矩形连铸坯生产巾1 2 0 1 m 以上大规格棒材，热连轧压缩比 突破了国内一般采用的6 0 0 这个下限。通过实验研究表明： ( 1 ) 2 3 5 x 2 6 5 m m 矩形连铸坯分别采用4 0 4 和5 0 8 的小压缩比热连轧生产工 艺，所生产的中1 4 0 r a m 和巾! 2 5 r a m 的大规格棒材，其低倍组织和机械性能均符合标 准要求，该工艺是可行的：( 2 ) 本实验所采取的低温低速、大辊径大道次压下量轧 制工艺加上轧辊孔型的优化设计与配置，可以使加工变形渗透到铸坯的中心，这一 点是实现小压缩比热连轧生产工艺的关键；( 3 ) 西宁特钢在红( 热) 送过程中虽然 铸坯余热未能得到充分的利用，但是有效地避开了a 1 n 、硫化物的析出及夹杂物偏 析的敏感温度区，为保证最终轧材良好的表面质量创造了有利的条件；( 4 ) 小压缩 比热连轧生产与铸坯质量控制，热( 红) 送过程控制以及轧后冷却控制密不可分。 关键词：连铸坯；热连轧；小压缩比：热( 红) 送过程 论文类型：应用研究 西安建筑科技大学硕士学位论文 d v e l o p m e n ta n d r e s e a r c ho nh o t - - c o n t i n u o u s - - r o l l i n gp r o d u c t i o n t e c h n i c so fb i gs i z es t e e ls t i c ku n d e rs m a l lr e d u c t i o nr a t i o s p e c i a l i t y ： f e r r o u sm e t a l l u r g y n a m e ：m gd e z h a o i n s t r u c t o r ：y 岫n s h o u q i a n c h e nl i e a b s 。i r a c t e x p e r i m e n ta n d r e s e a r c ho nt r y i n gt od e c r e a s er e d u c t i o nr a t i oa n da tt h es a m et i m e i n s u r i n gp r o d u c tm a c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fh o t - c o n t i n u o u s - r o i l i n g s t i c ka r es u m m a r i z e di nt h i sp a p e r i no r d e rt ou s et h ee x i s t i n gp r o d u c t i o nc o n d i t i o n s s u f f i c i e n t l y , b yt h eq u a l i t yc o n t r o lo ft h ec o n t i n u o u s c a s t i n gb i l l e ta n dh o t ( r e d ) s e n d i n g p r o c e s sa n dt h ec o o l i n gp r o c e s sa f t e rr o l l i n g ，e s p e c i a l l yt h ep r o c e s sc o n t r o l l i n go f h o t - c o n t i n u o u s - r o l l i n g ，r e a l i z i n gt h es m a l lr e d u c t i o nr a t i ot t o t c o n t i n u o u s - r o l l i n g p r o d u c t i o nt e c h n i c st op r o d u c eb i gs i z es t e e ls t i c ku p w a r d s 中1 2 0 m mu s i n gr e c t a n g u l a r c o n t i n u o u s c a s t i n gb i l l e to f2 3 5 2 6 5 m m t h el o w e s tl i m i to f6 0 0u s e di nc h i n a c u r r e n t l yi sb r o k e n t h ee x p e r i m e n ta n d t h er e s e a r c hi n d i c a t et h a t ： ( 1 ) t h r o u g ht h eh o t - c o n t i n u o u s - r o l l i n gp r o d u c t i o nt e c h n i c su n d e rs m a l lr e d u c t i o n r a t i oo f4 0 4a n d5 0 8 t h er e c t a n g u l a rc o n t i n u o u s - c a s t i n gb i l l e to f2 3 5 2 6 5 m mc a nb e u s e dt op r o d u c eb i gs i z es t e e ls t i c ko f 由1 4 0 m ma n d 中1 2 5 m mw h o s em a c r o s l r u c t u r e a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sm e e tt h es t a n d a r d s ，t h i st e c h n i c si sv i a b l e ；( 2 ) t h i sr o l l i n g t e c h n i c sc a nm a k et h ed e f o r m a t i o np e n e t r a t et ot h ec e n t e ro ft h eb i l l e tb yl o wt e m p e r t u r e a n dl o wv e l o c i t ya n db i gr o l l e rd i a m e t e ra n dl a r g er e d u c t i o nq u a n t i t ya te v e r yp a s sa n d o p t i m u md e s i g na n da r r a n g e m e n to fr o l l e r s ，w h i c hi st h ek e yo fh o t c o n t i n u o u s r o l l i n g t e c h n i c su n d e rs m a l lr e d u c t i o nr a t i o ；( 3 ) t h es e n d i n gt e c h n i c su s e di nx i n i n gs p e c i a l s t e e lc o ，l t dc a l ln o tu s ew a s t e - h e a to fb i l l e ta d e q u a t e l y , b u tt h es e n s i t i v et e m p e r a t u r e s e c t i o no fa 1 no rs u l p h l d e so ri n c l u s i o n ss e p a r a t i n go u ti sa v o i d e d ，c r e a t i n gaf a v o r a b l e i i 西安建筑科技大学硕士学位论文 c o n d i t i o nf o r i n s u r i n gg o o d s u r f a c e q u a l i t y o ff i n a lr o l l e d s t e e l ；( 4 ) t h e h o t - c o n t i n u o u s 。r o l l i n gt e c h n i c su n d e rs m a l lr e d u c t i o nr a t i oh a sac l o s er e l a t i o n s h i p w i t ht h eb i l l e tq u a l i t yc o n t r o la n dt h eh o t ( r e d ) s e n d i n gp r o c e s sc o n t r o la n dt h ec o o l i n g c o n t r o la f t e rr o l l i n g k e yw o r d s ：c o n t i n u o u s c a s t i n gb i l l e t ，h o t c o n t i n u o u s - r o l l i n g ，s m a l lr e d u c t i o nr a t i o k a t ( r e d ) s e n d i n gp r o c e s s t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y i i i 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得西安建筑科技大学或其它教育机构的学位或证 书而用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确地说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：乖匆 磊崦日期：2 p 。占率多日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解话安建筑科技大学有关保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安建 筑科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时 署名单位仍为西安建筑科技大学。学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采 用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。( 保密的论文在论文解密后 应遵守此规定) 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名：幸霭德堕 日期：2 口芍。石 刷磁名之言厮 醐：夕峨占，6 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 前言 l 文献综述 西宁特殊钢股份有限公司( 简称西宁特钢) 是西北地区最大的特殊镪生产企业， 前身西宁钢厂，始建于1 9 6 4 年，经过近4 0 余年的发展，现已发展成为占地3 9 6 k m 2 ， 拥有职工6 5 0 0 人，固定资产2 7 亿元，年产优质钢材5 0 万吨，年创产值超过2 5 乙 元的国家二级企业。为青海省地方经济的繁荣和发展曾做出过重要贡献。 西宁特钢的产晶以圆棒材和管材为主，产品包括辜盘承锶、模具镪、碳工镪、合 金工具钢、弹簧钢、钎具钢、齿轮钢、易切削钢、高温合金钢等1 2 大类特殊钢， 4 3 6 个牌号，上千种规格。产品广泛应忍于国防、化工、铁道、石浓、媒炭、航空 等领域。现有炼钢一连铸一轧钢等重点设备有：6 0 t c o n s t e e l 电炉一台、6 0 t l f 精炼 炉一台、6 0 t l f ( v d ) 精炼炉一台、三机三流大方坯合金锻连铸机一台、连续推锅 式煤气和重油混烧加热炉一台、中7 5 0 轧机架、三架横列式0 6 5 0 轧机、六架纵 列式平立交替连轧机组等。西宁特镪大规格棒材 0 5 i 0 和l h 0 0 2 。所以，为保证钢中氧含量 ( 2 6 5 x3 0 0 0i n i i i 红送连铸垤书奎续推钢式加热炉巾6 5 0 3 首架5 道次开坯轧制预备方( 含一道次空过) + 平立六架4 道次连 轧+ 锯切暖冷( 检查、探伤、上交) + 巾1 4 0 m m 总压缩比：4 0 4 表3 14 平立六架轧辊孔型配置单位：m m 2 2 7 s i m n 轧稍产由1 2 5 棒的工艺： 2 3 5 2 6 5 x 3 0 0 0 蛳红送连铸坯 连续推钢式加热炉+ ( b6 5 0 x 3 首架 5 道次开坯轧制预备方 平立六架4 道次连轧+ 锯切一缓冷( 检 查、探伤、上交) 叫中1 2 5 m m 总压缩比：5 0 8 表3 1 5 平立六架孔型配置单位：m 热连轧工艺分析：从两个规格棒材的现场试验记录来看，轧制温度处于1 1 0 0 8 8 0 。c 之间，符合低温轧制要求，轧辊的辊径为巾6 9 0 、巾8 4 0 ，符合大辊径轧 西安建筑科技大学硕士学位论文 制要求，轧制速度除中6 5 0 开坯的轧制速度( 2 7 2 m s ) 较高外，平立六架的轧制 速度为0 2 2 o 6 7 m s ，符合低速轧制条件，平均道次压缩比为：1 1 1 2 ，这些 均有利于轧制变形的加工组织向轧件中心渗透，使内部缩孔疏松等缺陷得到焊合， 晶粒得到细化，最终使轧材的组织性能得到改善。 3 6 轧后控制冷却工艺 据文献介绍【4 4 删，热轧后通过控制冷却可以改善钢材的组织状态，细化奥氏体 组织，阻止或延迟碳化物在冷却过程中过早析出，使其在铁素体中弥散析出，在提 高强度的同时，减少珠光体团的尺寸，细化珠光体片层间距，改善钢材的综合力学 性能。控制轧后冷却还可以防止钢材在冷却过程中由于冷却不均匀而产生的不均匀 变形，导致钢材扭曲和弯曲。另外，还可以减少氧化铁皮所造成的损失。 控制轧后冷却一般可分成从终轧开始到变形奥氏体向铁素体开始相变温度a r 间的冷却，从a r 3 温度到奥氏体相变完成的整个相变过程和奥氏体相变结束到室温 冷却的三个阶段。 倒 瑁 图3 8 轧后控制冷却三个阶段 时间 三个阶段控制冷却的作用： 第一阶段：可以为变形奥氏体向铁素体或珠光体的转变做组织上的准备。 第二阶段：可以控制奥氏体整个相变过程，保证获得要求的组织和性能。 第三阶段：可以采用空冷使固溶在铁素体中的碳化物不断在铁素体中弥散析出。 根据西宁特钢棒材生产工艺，本试验的轧后控制冷却采用6 0 04 c 以上入缓冷坑 进行缓冷，缓冷时间不少于2 4 h ，出坑温度以不高于1 5 0 为准。 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 7 最终产材的质量分析 3 7 ，1 低倍组织实验分析 图3 9s c m 8 2 2 h 钢中140 棒成材横断面 低倍组织照片( 1 ：l 工业盐酸热蚀) 0 7 图3 1 0s c m 9 2 2 h 钢垂l40 棒成材纵剖面 低倍组织照片( 1 ：1 工业盐酸热蚀) 0 ，6 图3 1 12 7 s i m n 钢巾125 棒成材 横剖面低倍组织照片 西安建筑科技大学硕士学位论文 图3 1 24 2 c r m o 钢十l40 棒成材横剖面低倍组织照片 表3 1 6 三个钢转低倍组织评级( g b 2 2 6 ) 单位：级 从阻上图片和表3 1 6 可以看出三个钢种的连铸坯经过4 0 4 和6 0 8 的小压缩 比热连轧产生出大规格棒材组织致密、均匀。在连铸坯低倍检验缩孔为1 o 1 5 级，而热连轧棒材低倍检验缩孔为0 级，说明缩孔已经得到焊合。中部自亮带近似 呈中3 5 r a m 的圆形，与铸坯中部矩形白亮带相比较，白亮带的形状和周长都发生了较 大的变化，说明热连轧时轧件中心发生了较大的等效应变，轧制变形向中心渗透较 好，变形均匀。 3 7 2 高倍实验分析 表3 1 7 三个钢种高倍检验结果( g b 1 0 5 6 1 ) 单位：级 西安建筑科技大学硕士学位论文 晶粒度试验结果均能达到7 8 级，高倍检验结果符合标准要求。 3 7 3 热处理及力学性髓实验分析 表3 1 8 三个钢种经热处理后得到的平均力学性能 求， 经热处理和力学性能实验表明，三个钢种均能达到标准( g b t 3 0 7 7 1 9 9 9 ) 要 3 8 经济效益分析 本试验研究所开发出的小压缩比热连轧王艺，- 改变了西宁特镪用连铸坯不能生 产由t 2 0 m r n 以上大规格棒材的历史，突破了设备的限制，充分发挥了现有设备条件， 避免了新的资金投入。连铸坯的应用为大规格棒材生产提供了优质的坯料，同时为 实现热( 红) 送热装工艺截造了有利的条件，生产效率得到了明显的提高。小压缩 比短流程热连轧工艺的应用必将使轧钢过程中的能耗大幅度降低。 西安建筑科技大学硕士学位论文 本试验工艺已经在西宁特钢应用于批量生产并形成了5 2 0 吨班的生产能力。 一年多来利用本生产工艺已经在提高效率和节约能耗等方面取得了相当可观的经 济效益。 3 9 试验总结 用断面为2 3 5 2 6 5 r m n 的矩形连铸坯，通过压缩比为4 0 4 和5 0 8 的小压缩比 热连轧生产工艺生产的直径为中1 4 0 r a m 的s c m 8 2 2 h 、4 2 c r m o 钢和直径为书12 5 f i l m2 7 s i m n 钢大规格棒材组织和力学性能均能够满足g b t 3 0 7 7 1 9 9 9 标准或 企业标准要求，突破了6 0 0 这个压缩比的底限。 通过本试验所采用的低温低速、大辊径大道次压下量轧制技术并通过轧辊孔 型的优化设计与配置，可以使轧制变形渗透到轧件中心，进而使轧材的内外 组织和机械性能趋向均匀，消除铸坯缺陷。 合适的热( 红) 送热装工艺，能够有效避开a 1 n 、硫化物等在晶界处的板出 及其它夹杂物偏析的敏感温度区，防止热脆现象的发生，为轧件最终获得良 好的加工组织和机械性能提供了良好的保障。西宁特钢地处高原，常年空气 干燥，气压较低，有利于钢液中气体等非金属夹杂物的上浮排出，有利于连 铸坯质量的提高。 本实验是在西宁特钢一定的工艺条件下进行的，能否在其他特钢企业广泛推 广仍需进一步试验研究。 d ” 舢 ( ( ( ( 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 4 结论 通过实验研究表明，在保证连铸坯质量和严格控制各工艺过程的情况下， 实现截面为2 3 5 2 6 5 m m 的矩形连铸坯通过低于6 。o o 的小压缩比热连轧工 艺生产中1 2 0 m m 以上大规格棒材的设想是可行的。本试验利用2 3 5 2 6 5 m m 矩形连铸坯，通过压缩比为4 0 4 和5 0 8 的小压缩比热连轧工艺，生产的 直径为巾1 4 0 m ms c “8 2 2 h 钢、4 2 c r m o 钢和直径为中1 2 5 m m2 7 s i m n 钢大规格 棒材，其组织和力学性能均能满足标准( g b t 3 0 7 7 - 1 9 9 9 ) 要求。 本工岂所采取的低温低速、大辊径大道次压下量轧制技本，并通过对轧辊 孔型的优化设计与配置，优化变形区形状系数l h 的取值和道次压下量的 分配，可以使压力加工变形渗透到轧件的中心，从而在轧制过程中可以使 晶粒粗大的铸造组织变为晶粒细小均匀的加工组织，使钢材横截面上的组 织和性能趋于均匀。 试验过程所采取的红送工艺有效地避开了a 1 n 、硫化物等化合物析出及夹 杂物偏析的敏感温度区，有效地减少了钢材热脆现象的发生。 小压缩比热连轧工艺是继“近终形连铸技术”之后又项节能、降耗的新 技术。 本试验为小压缩比热连轧工艺的研究提供了重要的试验依据，为小压缩比 热连轧工艺的应用和推广奠定了基础。 西安建筑科技大学硕士学位论文 致谢 本试验研究和本文是在袁守谦教授和西宁特殊钢股份有限公司技术中心陈列 高工的大力支持和认真指导下完成的。在过去髓年多的时间里，在学习和生活上等 方面得到了恩师袁守谦教授无微不至的关怀和帮助，尤其是他严谨治学的态度、忘 我的工作作风以及对事业的热爱和不懈追求，深刻地影响着我并永远激励着我不断 进步。在课题试验过程中得到了陈列博士的大力支持和帮助，并提出了许多宝贵的 意见和建议。在此对两位导师表示衷心的感谢! 在西宁特钢公司学习和具体试验过程中，褥到了该公司各级领导的大力支持， 同时王得炯高工、宋孟军高工、王国存工程师等西宁特殊钢股份有限公司技术中心、 实验室的广大同志们也给予了热心的帮助。本课题的完成也得到了羹洁、王雷、路 海波、丁冠征、史小辉、王超等同学的帮助和支持。 对以上所有给予我支持和帮助的老师、同志们表示衷心的感谢! 对三年来所有 关心和培养我的老师们表示诚挚的谢意1 4 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 参考文献 1 】张树堂，周积智未来轧钢技术创新展望轧钢，2 0 0 3 年2 月，第2 0 卷第l 期 2 】b r u n e tjc m e t a lp r o g r e s s 1 9 8 5 ，1 2 8 ( 5 ) ：4 5 【3 】孙玉铁等抚顺特殊钢公司合金连轧生产线特殊钢， 1 9 9 8 ( 2 ) 4 刘雅政等有效控制产品质量的轧制技术。车l 钢一北京：冶金工业出版社，2 0 0 3 年6 月，第2 0 卷第3 期 【5 】张国滨等棒材热连轧时奥氏体再结晶规律的研究钢铁，2 0 0 0 年6 月第3 5 卷 第6 期 6 】宋孟军连铸坯小压缩比产材工艺研究及实验青海冶金，2 0 0 4 年第二期总第 7 0 期 7 康永林主编轧制工程学北京：冶金工业出版社，2 0 0 4 6 8 陈学军，赵宪明，吴迪，王国栋等棒线材组织一性能预测的进展及展望嘟| 铁研 究学报，第1 4 卷第6 期，2 0 0 2 年1 2 月 9 【苏联】a n 采利科夫等著王克智，欧光辉，张维静译车l 制原理手册北京： 冶金工业出版社 【1 0 陆波特殊钢棒线材轧制工艺的发展趋势特殊钢，1 9 9 9 6 v o l ，2 0 1 1 蔡唯成连铸坯热装热送和热直接轧制新技术及其技术经济效益钢铁设计， 2 0 0 0 1 2 k w o n0 ，k a n gkb ，l e ek se ta 1 p r o c s y m p o np h a s et r a n s 【j 】k o r e a ni n s t o f m e t a l s ，l9 8 8 ，( 21 ) 【1 3 】薛懿德，高崇主编特殊钢压力加工一北京：冶金工业出版社，2 0 0 0 6 1 4 乔兴武优质合金钢连铸坯热装的热脆河北冶金，2 0 0 1 年第3 期 【1 5 】陈永，李桂军等，提高重轨钢连铸大方坯质量的技术钢铁研究钒钛，第2 3 卷 第4 期，2 0 0 2 年1 2 月 1 6 】w o l f ，m m s t r a n dc a s t i n go v e r v i e w , 1 9 9 5e l e c t r i cf u r n a c ec o n f e r e n c e p r o c e e d i n g ，1 9 9 6 ，5 3 ：2 5 9 1 7 汪学瑶特殊钢方坯连铸的发展特殊钢，第2 3 卷第6 期， 2 0 0 2 年1 2 月 【1 8 】【目】小军指夫著，李伏桃，陈缉唪控制轧制控制冷却一改善材质的轧制技术 发展一北京：冶金工业出版社， 2 0 0 2 6 1 9 王贵，赵莉萍，刘红飓低合金钢锭热送裂纹的形成机理钢铁研究学报， 第 西安建筑科技大学硕士学位论文 i i i i i 0 3 卷第3 期2 0 0 1 年6 月 2 0 蒋杨虎，高中龙等连铸坯热装加热工艺初步研究工业加热，2 0 0 1 年第4 期 【2 1 卢秉军，杨子江齿轮钢s c m 8 2 2 h 热送裂纹的研究轧钢第2 0 卷第5 期，2 0 0 3 年1 0 月 2 2 】村田正彦等热装轧制对控轧低合金机械性能及显微组织的影响炼钢一轧制生 产一体化译文集，1 9 9 8 【2 3 】赵中富，李艳爽优化连铸工艺提高方坯质量的技术钢铁研究，第2 3 卷第4 期 2 0 0 2 年8 月 2 4 】陈家祥编连续铸钢手册一北京：冶金工艺出版社，1 9 9 0 1 2 2 5 】王忠英等。轴承钢大方坯连铸工艺研究钢铁研究学报，2 0 0 2