CN101781700B - 一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法，该板形控制方法利用淬火机对超薄板进行对称、同步、均匀等速冷却，通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，实现超薄板上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，形成超薄板同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性。该板形控制方法实现淬火过程中超薄板在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性，确保超薄规格板淬火后板形良好。

Description

一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法

技术领域

本发明涉及一种淬火超薄板板形控制技术。具体地说是一种对称、同步、均匀等速冷却的淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法。

背景技术

淬火是钢板获得高强度的重要手段。辊式连续淬火机的主要特点是利用高压段水量与水压的最佳配合喷射在钢板的表面形成冲击，以确保带走最大的热量，将钢板以大于临界冷却速度冷却到马氏体相变温度以下。在冷却过程中，为避免钢板瓢曲变形，淬火机系统设计为对钢板上、下表面保持相同的冷却速率。对于超薄规格的钢板淬火，淬火后板形影响因素众多：钢板原始板形、加热温度制度、加热后沿宽度与长度方向温度的均匀性、喷嘴的角度和水平度控制、缝隙喷嘴狭缝开口度及均匀性、喷嘴与钢板距离、淬火过程水流的稳定性、水温、辊速等，因此仅仅保证钢板上下表面相同的冷却速率冷却，并不能保证淬火后钢板的平直。在一定的条件下，有时冷却速率较大的一面并没有产生与机理对应变形，进入一个调控“死区”，即不管如何极端设定控制参数，也无法改变钢板淬火后变形的总趋势。这说明过程中存在某一种起决定性作用的系统因素，尚未被掌控。同时，不同成分的钢板和不同制造、安装精度的淬火机，造成了淬火机普遍存在的“极限厚度”。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法。该板形控制方法实现淬火过程中超薄板在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性，确保超薄规格板淬火后板形良好。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法，其特征在于：该板形控制方法利用淬火机对超薄板进行对称、同步、均匀等速冷却，通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，实现超薄板上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，形成超薄板同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性；具体步骤如下：

1)将淬火机其余各段喷嘴切断，只保留缝隙喷嘴段，调整淬火机上下缝隙喷嘴的水量、水比和辊速，得到超薄板淬火后板形变化规律；

2)根据超薄板变形规律，确定辊缝调整方向，逐步平移上缝隙喷嘴水幕，消除缝隙喷嘴本身设计、制造和安装造成的上下水幕水平距离的偏差，使得超薄板到达缝隙喷嘴后上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，确保超薄板淬火过程中通过缝隙喷嘴时在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性；

3)开启淬火机其余各段喷嘴，按照淬火工艺要求操作，使超薄板获得良好的淬后板形和力学性能。

本发明在步骤2)中，如果淬火后板形变形规律呈现总体上拱，表明上缝隙喷嘴的水幕先接触到水，利用板形最佳的淬火工艺参数，随后逐步提升辊缝，向后平移上缝隙喷嘴水幕，使得上下水幕与超薄板接触线形成以超薄板为轴的对称；反之如果是淬火后板形变化规律为头尾上翘，表明下缝隙喷嘴的水幕先接触到水，随后通过逐步降低辊缝，向前平移上缝隙喷嘴水幕，使得超薄板到达缝隙喷嘴后上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、钢板的横向中心线三线重合。

本发明的机理如下：

1、假设在理想的条件下，上下缝隙完全对称，上下缝隙到钢板上下表面的距离完全相等(辊缝完全等于钢板厚度)，上下水幕面与钢板表面形成的二面角完全相等，在喷射速度快、压力高的条件下，忽略重力对射流射线的影响，则上下入射点应该是对称的，在同一个铅垂面上，如图1所示，图1中，1-上缝隙喷嘴、2-下缝隙喷嘴、3-上缝隙水幕、4-下缝隙水幕、5-上压辊、6-下压辊、7-上螺旋辊、8-下螺旋辊、9-钢板。但是事实上，辊缝在通常的情况下不可能完全等于钢板厚度：(1)由于钢板的公称厚度与实际厚度总有一个差值(这个差值一般都是未知数)，淬火机为保护精密部件，设有紧急提升保护机构，为了避免不必要的紧急提升导致的影响，辊逢值设定范围为控制H+0～3mm，对于超薄板一般设置为钢板厚度H+1mm。(2)为了防止异常变形造成的卡阻或顺利导出，同样需要设定一个合适的辊缝值，因而上下的几何位置就不可能完全对称。

以Hmm(H≤8mm)板为例，假设辊逢为hmm，入射角为α(20°～30°)，则ΔABC和ΔA₁B₁C₁的角∠ACB＝∠A₁C₁B₁＝α，直角边A₁B₁＝Lmm，AB＝(L+h)mm，邻边BC＝(L+h)·ctgα，邻边B₁C₁＝L·ctgα，则上下两条冷却线的水平距离CC₁＝S＝|(l+h)·ctgα-l·ctgα|＝h·ctgα，如图2(a)所示，图中，1-上缝隙喷嘴、2-下缝隙喷嘴、3-上缝隙喷嘴水幕、4-下缝隙喷嘴水幕、5-钢板。取α＝26°，h＝1mm，则上下两条线的水平距离S＝2.05mm。由此可见，在其他条件相等的情况下，1mm的辊逢使下水幕比上水幕提前S距离喷射到钢板表面。

在实际条件下：由于设备安装的精度控制水平、长期使用等造成的精度下降，可能造成喷嘴与钢板表面距离L′存在偏差ΔL，喷嘴角度存在Δα偏差，假设以下缝隙喷的实际位置和角度为参考基准，则上下两条冷却线的水平距离S′＝|(L+ΔL+h)·ctg(α′+Δα)-L·ctgα′|，根据淬火机安装精度等初始情况不同使得下水幕比上水幕距离偏差情况更加复杂，可能出现前文所述的下水幕比上水幕提前S距离喷射到钢板表面情况，也可能出现下水幕比上水幕滞后S距离喷射到钢板表面情况，如图2(b)所示。

假定通过调节水比、辊速及总水量，使上下表面的冷却速率相等，但上下的冷却是不对称的，即上表面冷却在先，下表面冷却滞后(或下表面冷却在先，上表面冷却滞后)。这就是在淬火过程中，有时无论怎样加大钢板某一面的冷却能力，但始终无法改变钢板弯曲的趋势的原因，即“先入为主”，首先接触水的一面的组织先发生转变，起着决定性的作用。由于钢板薄，缝隙喷嘴水量大，淬透性越强，单面冷却即可淬透；且钢板厚度越薄，对不对称的冷却的反应也就越敏感，即使是不均匀不对称的冷却程度较小，也能导致明显的不均匀变形，破坏钢板的平直度。

2、对于超薄板而言，缝隙喷嘴的水量能够保证钢板过缝隙喷嘴后即能降低到马氏体相变温度点以下，相变是淬火后钢板板形影响的主要因素，因此缝隙喷嘴是薄板板形控制的关键。通常只强调淬火过程中保持上下表面以相同的冷却速率冷却，这对于控制较厚(H＞10mm)的钢板淬火时变形的控制是基本可行的，但对于超薄规格(H≤8mm)的钢板淬火，只控制上下表面以相同的冷却速率冷却是远远不够的，必须保持同一铅垂截面上对称、同步、均匀等速冷却，因此，在淬火机设备保证宽度方向冷却均匀的情况下，通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，极大消除上下水幕在钢板表面上的水平距离S，即消除上下缝隙喷嘴设计、制造和安装造成的上下水幕的水平距离的偏差，保证钢板过缝隙喷嘴时在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性，同时配以合理的工艺参数，保证超薄板淬火后获得理想的板形和性能，挑战了淬火的“厚度极限”，取得了超薄板淬火板形控制技术的突破。

本发明通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，实现超薄板上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，确保了超薄板同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性。与现有技术相比，本发明在超薄板淬火冷却时克服了“厚度极限”的影响，实现淬火过程中超薄板在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性，超薄板淬火后板形良好。

附图说明

图1是淬火过程中理想的上下缝隙喷嘴水幕示意图。

图2(a)是不对称条件下上缝隙水幕先接触超薄板表面的示意图；

图2(b)是不对称条件下下缝隙水幕先接触超薄板表面的示意图。

具体实施方式

一种本发明所述的淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法，该板形控制方法利用淬火机对超薄板进行对称、同步、均匀等速冷却，通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，实现超薄板上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，形成超薄板同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性；具体步骤如下：

1)将淬火机其余各段喷嘴切断，只保留缝隙喷嘴段，调整淬火机上下缝隙喷嘴的水量、水比和辊速，得到超薄板淬火后板形变化规律。

2)根据超薄板变形规律，确定辊缝调整方向，逐步平移上缝隙喷嘴水幕，消除缝隙喷嘴本身设计、制造和安装造成的上下水幕水平距离的偏差，使得超薄板到达缝隙喷嘴后上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，确保超薄板淬火过程中通过缝隙喷嘴时在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性。如果淬火后板形变形规律呈现总体上拱，表明上缝隙喷嘴的水幕先接触到水，利用板形最佳的淬火工艺参数，随后逐步提升辊缝，向后平移上缝隙喷嘴水幕，使得上下水幕与超薄板接触线形成以超薄板为轴的对称；反之如果是淬火后板形变化规律为头尾上翘，表明下缝隙喷嘴的水幕先接触到水，随后通过逐步降低辊缝，向前平移上缝隙喷嘴水幕，使得超薄板到达缝隙喷嘴后上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、钢板的横向中心线三线重合。

3)开启淬火机其余各段喷嘴，按照淬火工艺要求操作，使超薄板获得良好的淬后板形和力学性能。

本发明通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，实现超薄板上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，确保了超薄板同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性，超薄板淬火后板形良好。

Claims (1)

1.一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法，其特征在于：该板形控制方法利用淬火机对超薄板进行对称、同步、均匀等速冷却，通过调整淬火机辊缝，平移上缝隙喷嘴水幕，实现超薄板上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，形成超薄板同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性；具体步骤如下：

1)将淬火机其余各段喷嘴切断，只保留缝隙喷嘴段，调整淬火机上下缝隙喷嘴的水量、水比和辊速，得到超薄板淬火后板形变化规律；

2)根据超薄板变形规律，确定辊缝调整方向，逐步平移上缝隙喷嘴水幕，消除缝隙喷嘴本身设计、制造和安装造成的上下水幕水平距离的偏差，使得超薄板到达缝隙喷嘴后上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合，确保超薄板淬火过程中通过缝隙喷嘴时在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀性；如果淬火后板形变形规律呈现总体上拱，表明上缝隙喷嘴的水幕先接触到水，利用板形最佳的淬火工艺参数，随后逐步提升辊缝，向后平移上缝隙喷嘴水幕，使得上下水幕与超薄板接触线形成以超薄板为轴的对称；反之如果是淬火后板形变化规律为头尾上翘，表明下缝隙喷嘴的水幕先接触到水，随后通过逐步降低辊缝，向前平移上缝隙喷嘴水幕，使得超薄板到达缝隙喷嘴后上下缝隙喷嘴的喷水交叉线、超薄板的横向中心线三线重合；

3)开启淬火机其余各段喷嘴，按照淬火工艺要求操作，使超薄板获得良好的淬后板形和力学性能。

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