[发明专利]一种综合提升宽厚板坯内外质量的锻、轧复合成形方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料压力加工领域，具体地说就是采用一种锻造、轧制的复合成形方法，提升宽厚板坯内部和外部综合质量，它适用于各种模铸宽厚板坯（扁锭）的成形过程。

背景技术

大型宽厚板是重大工程的基础母材，其应用范围覆盖石化压力容器、高端模具、海洋工程、冶金机械、桥梁建筑等民用与国防领域，据保守估算，我国当前特厚板的市场需求在500万吨/年以上，年产值近千亿。由于设备能力和技术水平限制，我国特厚钢板一直依赖从德国迪林根、法国阿赛洛、日本JFE进口，价格十分昂贵，如海洋平台齿条钢达1万欧元/吨，压力容器板达7万元/吨。因此，开发宽厚板坯制造装备和技术，生产优质大板坯，不仅可满足国家战略需求，而且具有巨大的市场前景。

为了满足宽厚板的实际需求，近年来我国投产及新建20余条宽厚板轧钢生产线，包括宝钢5000mm轧机、鞍钢5000mm、5500mm轧机、舞钢5000mm轧机等，开口度在400～1200mm之间，年产能近3000万吨。但是，此类轧机起初采用最大厚度为400mm的连铸坯作为原料，只能轧制成厚度小于150mm的成品，无法满足特厚板（厚度200～500mm）重大的需求。对于400mm以上厚度的宽厚板铸坯，国内目前一般采用四种方法进行生产：模铸圆锭后锻造、模铸扁锭后轧制、电渣重熔扁锭后轧制、连铸坯扩散焊后轧制。模铸圆锭锻造后内在质量较好，但材料利用率较低，切头切尾量达30％以上，锻件表面质量差，加工余量大，导致制造成本高；电渣重熔方法可生产出高质量宽厚板坯，但是生产效率非常低，生产一块宽厚板坯需要20多个小时，并且制造成本高，该方法只能满足特殊需求的高档板坯需要，很难满足量大面广的普通厚板需要；连铸坯扩散焊需要将铸坯机加工成镜面，在真空室内钎焊后再送到轧机上轧制，加工周期长，生产成本高，并且无法焊接合金含量较高的钢种。因此，目前模铸扁锭后轧制成为当前一种低成本、高材料利用率的主要加工方法，但采用模铸方式生产的宽厚板坯偏析严重，容易产生缩孔疏松缺陷，在轧制过程中，变形量主要集中在坯料表面，铸坯心部变形量较小，大的缺陷不能愈合，影响钢板质量，常常造成探伤不合格。在当前对钢板内在质量要求越来越高的趋势下，开发一种低成本、高效率提升宽厚板坯内部质量的压力加工方法已迫在眉睫。

在宽厚板铸坯生产过程中，金属液浇注到钢锭模以后，与钢锭模接触的金属液将首先凝固，而心部的金属由于热传导慢将最后凝固。钢锭心部区域将逐渐形成糊状区，由于宽厚板铸坯的厚度可达1m，糊状区内的温度梯度小，如果此时对铸坯进行保温，可实现心部同时凝固，这样可避免形成沿钢锭轴线的大型缩孔缺陷，有效提高探伤通过率（见专利ZL201010604260.1）。然而，疏松尺寸虽然减小，但更加细小分散，这些显微疏松与显微偏析共存，难以在铸造工序彻底消除。这种铸坯采用普通轧制工艺后，在断面上常常发现存在点状缺陷（图11所示），影响钢材力学性能，这种密集性缺陷普遍存在于钢板内部（分布如图12a～图12b所示），严重时会导致探伤无法通过而报废。为此，有必要开发一种有效的压力加工工艺，消除宽厚板铸坯心部缺陷，提升产品内在质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合提升宽厚板坯内外质量的锻、轧复合成形方法，它是高效提升宽厚板坯内部质量的压力加工方法，可以消除宽厚板铸坯心部密集性疏松缺陷，减轻显微偏析，细化晶粒。同时，保证钢板表面质量，避免表面折叠、结疤、裂纹等缺陷，使成品宽厚板材实现“内实外精”。

本发明的技术方案是：

一种综合提升宽厚板坯内外质量的锻、轧复合成形方法，包括如下步骤：

1）将宽厚板铸坯进行一次加热保温；

2）一次加热保温结束后，在液压机上锻造变形；

3）锻造变形结束后，锻坯返回加热炉进行二次加热保温；

4）保温结束后，锻坯热送至轧机进行轧制；或者，随炉缓冷至室温后再重新加热轧制。

所述步骤1）中，加热温度在1100～1250℃，加热保温时间t根据铸坯厚度DX，按照下式计算：

t=DX/50

式中，t为保温时间，单位h；DX为铸坯厚度，单位mm。

所述步骤2）中，为达到锻件的目标尺寸，采用宽砧沿铸坯厚度方向X向和宽度方向Y向施加变形，通过布砧和多道次变形，使坯料沿长度方向Z向被拔长，砧子宽度与铸坯初始厚度的比值≥1，变形压实过程中的单次压下率为20%～30%，总压下比不小于2。

所述步骤2）中，锻造过程，砧子宽度与铸坯初始厚度的比值优选为1.0～1.2，变形压实过程中的总压下比优选为2.0～2.5。