[发明专利]一种组织与性能均匀化钢材的非均温控轧控冷工艺

说明书

技术领域

本发明属高品质无缺陷金属棒线材或板带材的控轧控冷技术领域，尤其是一种组织与性能均匀化钢材的非均温控轧控冷工艺。

背景技术

钢铁材料的性能不仅仅取决于钢铁材料的微观组织结构控制，还与金属材料的化学冶金与物理冶金质量存在直接的关系。钢铁材料冶炼过程中纯净度与夹杂物控制、铸造过程中组织、成分及缺陷的均匀度以及轧制过程中组织的细化和均匀化直接影响着钢铁材料的高性能、稳定性和一致性。作为热形变材料，其直接影响的工序就是热形变。热形变过程中要处理如何消除或降低冶炼所带来的夹杂物、铸造所引起的组织粗化、成分不均匀、中心缩松缩孔等缺陷，使得热形变钢铁材料宏观与微观成分均匀、组织细化、无中心缺陷等得到实现，从而实现钢铁材料性能的高端化、一致化与稳定化。

为了实现钢铁材料的组织细小均匀和性能高端稳定，国内外做了大量的研究工作，并将研究成果运用到钢铁材料的冶金生产过程中。在这些技术中，控轧控冷，特别是低温控轧控冷技术，是最为著名和重要的钢铁材料热形变控制工艺。在控轧控冷技术中，通过控制轧制获得细小均匀的热形变组织，通过控制冷却获得热形变的最终组织。可以说控轧控冷技术是现代钢铁材料高性能化的一个重要标志。但是传统的控轧控冷技术需要很大的形变量来达到降低热形变材料中的缺陷，比如轴承钢需要将形变量达到压缩比12以上，中厚板（厚度20mm-60mm）和特厚板（钢板厚度大于60mm）的缩松缩孔和分层控制要求的压缩比更高，使得现代铸坯向着特大尺寸发展以赋予更大的热形变能力来消除或减轻热形变产品的中心缺陷和组织与性能的均一性。基于消除或减轻热形变产品中心缺陷和组织性能均一性的要求，现代铸坯尺寸增大的发展趋势无疑给冶炼和连铸带来了困难。比如为了提高中厚板和特厚板冶金质量和性能沿板材厚度的均匀性，现代铸坯的厚度都达到了300-500mm以上，甚至是要通过将铸坯焊合在一起来达到超大厚度铸坯的要求，这给生产企业带来了巨大的挑战。由此催生出现代高品质钢材的另外一个发展方向就是如何通过小尺寸铸坯获得大规格和高性能的热形变产品，比如大规格棒材、特厚板和其他热轧热锻产品。现有的传统控轧控冷技术已经不适用于铸坯小型化的这一发展需求。

如图1a给出了一种厚度为220mm的特厚板连铸坯的中心缩松缩孔的冶金质量图。可以看出其中心缩松缩孔已经达到了2级的水平。如图1b给出了现代轴承钢尺寸为380mm×480mm的方形铸坯的成分不均匀的图片，显示出其连铸坯的中心缩松缩孔的冶金质量达到了1.5级。但是尽管具有如此高的连铸质量，仍然不能通过现有的控轧控冷技术来彻底解决热轧中厚板板材和大规格轴承钢棒材的中心疏松、成分偏析和组织与性能沿截面不均的问题。

尽管如图1a、图1b的板材和棒材的铸坯中心的缩松缩孔和成分偏析的评级达到了1.5-2级的较高水平，但相应的传统控轧控冷工艺热轧后的厚度为20mm的中厚板和直径100mm的轴承钢依然分别出现了中心分层与中心缩松和缩孔的结果。这说明传统的控轧控冷工艺无法满足无缺陷大尺寸热轧材料的要求。其根本原因在于传统的控轧控冷技术无法使得铸坯心部得到有效的形变和再结晶，而最终也无法最大限度减轻或消除大尺寸热形变产品的中心缺陷和产品组织与性能沿厚度的均匀性。

众所周知，材料的形变程度与形变区域与材料的应力水平存在直接的关系。材料应力或材料软的区域优先形变。而对于传统的控轧技术处理的铸坯，在控制冷却后铸坯的温度与应力在整个截面基本一致，导致轧制过程中的变形优先在表面进行，导致表面变形量最大，但无法有效渗透到心部，所以无法实现心部缩松和缩孔的缺陷部位需要变形。只能通过增大总热变形的形变量来减轻心部缺陷。同时由于心部变形不足，无法实现心部的动态再结晶，故而成分偏析也无法得到较好的控制。因此可以说，传统的控轧控冷技术在消除或减轻铸坯的中心缺陷和整个截面组织与性能的均一性方面存在困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种组织与性能均匀化钢材的非均温控轧控冷工艺，采用非均温控轧控冷和动态再结晶相结合，在钢棒线材或板带材的表面与心部形成温差，大幅度提高心部变形能力和动态再结晶能力，使得棒线材或板带材的中心缩松缩孔和成分不均匀等缺陷得到消除或大幅度减轻，形成中厚钢板沿截面与长度方向上组织细化、均匀和一致。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高品质中厚钢板的轧制工艺，包括铸坯加热、粗轧和精轧在内的工艺步骤，以上工艺步骤的参数包括：

步骤一、铸坯高温均匀化：铸坯在1050~1250℃进行高温均匀化；