CN101831532A - 一种钢板正火后加速冷却工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁生产热处理后冷却技术，涉及一种钢板正火后加速冷却工艺方法。具体工艺方法是：将厚度4～120mm厚度的正火钢板在热处理炉中加热至850～950℃；然后由传输辊道进入加速冷却区域冷却，冷却速度控制在2～20℃/s，终冷温度控制在400～700℃。冷却形式为气雾冷却和层流冷却结合或气雾冷却和喷射冷却结合方式，层流冷却或喷射冷却水压力为0.10～0.50MPa，气雾冷却水压力为0.10～0.60MPa，气雾冷却气压力为0.15～0.80MPa。采用正火后加速冷却工艺生产的钢板，组织明显细化，抑制析出物粒子长大，提高了钢板的强度和韧性，或在较少合金含量的情况下实现相当的强度和韧性。

Description

一种钢板正火后加速冷却工艺方法

技术领域

本发明属于钢铁生产冷却技术，特别涉及一种钢板正火热后加速冷却工艺方法。

背景技术

正火热处理是将钢加热到铁素体-奥氏体相变的上临界点(A3)以上约30～50℃或更高温度，使钢奥氏体化，并且保温均匀化后，再在空气中缓慢冷却的工艺过程。正火热处理的主要目的是细化钢的组织，消除钢在热变形后的组织缺陷，改善钢的力学性能。

但是，传统的正火热处理工艺，加热后空冷，铁素体晶粒仍然会长大，导致钢板的强度较低。如果在正火后采用适当加速冷却速度，就可以降低相变温度，控制相变类型，细化相变组织，也可抑制微合金元素的碳氮化物长大，使其低温弥散析出，从而提高钢材的强度，保持钢材韧性不降低。从成分设计的角度，在保证力学性能相同的条件下，可以降低钢中的碳或合金元素的含量，从而改善钢材的可焊接性。

发明内容

本发明的目的提供一种，加快正火后钢板的冷却速度，细化组织，并抑制析出粒子的长大，使其低温弥散析出，增强钢的强度，改善韧性，提高钢的力学性能和焊接性能的钢板正火后加速冷却工艺方法。

本发明的技术方案，一种钢板正火热后加速冷却工艺方法，具体包括以下步骤：

1)装入热处理炉的厚度为4～120mm，宽度为1200-5000mm钢板加热850～950℃进行正火；

2)将所述正火后的钢板传输辊道进入以气雾冷却和层流水冷却结合的加速冷却区域进行加速冷却，最后进入冷床。加速冷却的冷却速度控制在2～20℃/s，冷却到温度400～700℃。

所述步骤2还可以为加速冷却后，经过热矫直再进入冷床以为气雾冷却和层流水冷却结合冷却，冷却速度控制在2～20℃/s，冷却到温度400～700℃。

所述冷却方式还可以为气雾冷却和水喷射冷却、气雾冷却和层流水冷却交替布置，或气雾冷却与水喷射冷却交替布置。

所述层流冷却或喷射冷却水压力为0.10～0.50MPa，气雾冷却水压力为0.10～0.60MPa，气雾冷却气压力为0.15～0.80MPa。

所述气雾冷却的水气体积比为1∶3～15。

本发明采用气雾冷却和层流水冷却结合或气雾冷却和水喷射冷却结合的方式实现正火后加速冷却，充分发挥钢板热处理过程组织细化与析出强化的复合作用，对于改善钢板力学性能和焊接性能具有独特的功效。气雾冷却主要是利用一定压力、流量、流速的风与冷却器中一定压力和流量的水(水温＜35℃)，在同时经过喷嘴时，利用射流原理使水和风完全混合，喷射出均匀、弥散、细密的气雾，在被冷却的轧件表面进行快速的热交换，带走轧件表面热量，从而缩短轧件的降温时间，使其在一定的可控时间范围内达到工艺要求的温度。一般的冷却方式都力图使水穿透因汽化而形成的水膜，使水直接与轧件接触或使热轧件浸泡在冷却水中，带走热量，提高冷却效果。而气雾冷却在本发明中则是利用气流把水分散成液滴，形成气流膜层并带到整个轧件表面。它不是力图克服气流膜层，而恰恰是利用不断更新的气流膜层使轧件均匀快速地冷却。

气雾冷却在本发明中主要有以下优点：

(1)冷却均匀。用加压的空气使水流成雾状，对轧件进行“面”式的连续冷却，相对于“点”式和“线”式冷却方式具有较高的冷却均匀性；通过喷射角度的调节，可以实现水流冲击区的位置控制，实现轧件不同位置的不同冷速控制；压缩空气除了能够使水雾化外，还能排除滞留水，使轧件的冷却不均进一步得到改善，特别适应薄规格及中厚规格钢板的冷却。

(2)冷却强度大，冷却水的利用率高。在相同比水量条件下，气雾冷却由于水被压缩空气雾化，水粒小，蒸发量大，单位体积带走的热量大，使换热系数提高，冷却速度快。

(3)冷却能力调整范围宽，可实现单纯强制风冷、弱雾化冷却、强雾化冷却冷和单纯水冷，适合不同厚度钢板和不同钢种对冷却速率的控制要求。

层流水冷却和水喷射冷却在本发明具有的主要优点包括：

(1)由于冷却喷头上分散布置的冷却喷管或喷孔，使钢板表面不易过度冷却，钢板厚度方向冷却比较均匀，这一优点对厚板是很重要。

(2)可以通过冷却器上的喷管或喷孔在宽度方向管(或孔)内径的变化或间距变化，比较容易地改善钢板宽方向上冷却地均匀性。

(3)冷却能力调节比较灵活，流量调节范围较宽。可采用调整水流量的手段或改变冷却器组数相结合的手段来实现钢板冷却速度调节。

(4)设备制造工艺简单，维护方便，对水质的要求低，水流稳定性好。

采用气雾冷却+层流水冷却、气雾冷却+水喷射冷却的灵活组合，这种组合方式冷却板性能优良、冷却可控速度范围宽，适合不同厚度钢板正火处理后的加速冷却，有利于钢板冷却后获得优良的表面质量。

本发明的有益效果在于：

(1)正火处理后加速冷却工艺生产高强度高韧性钢板，可在较少合金含量的情况下实现钢板高强度、高韧性和优良的焊接性能，投资成本低。

(2)采用正火处理后加速冷却工艺，以不低于2℃/s的冷却速率快速冷却，减少冷床压力，提高了生产效率。

(3)采用气雾冷却+层流水冷却或气雾冷却+水喷射冷却的合理配合，能够达到较高的冷却速度。相对于传统正火后空冷工艺，组织明显细化，第二相粒子析出分布均匀细小，强度和焊接性能大幅改善，冲击韧性保持不变；钢板冷却均匀，冷却过程容易控制；获得的钢板性能更加稳定，提高了产品的性能合格率。

(4)气雾冷却+层流水冷却或气雾冷却+水喷射冷却的冷却方式，可以实现钢板厚度范围4mm～120mm，宽度范围1200mm～5000mm的加速冷却。

具体实施方式

实施例1：

将厚度为4mm，宽度为1200mm的低碳贝氏体类Q460E级钢板在热处理炉中加热到850℃正火，出炉后由传输辊道进入加速冷却区域进行加速冷却，以层流冷却为0.10MPa，气雾冷却水压力为0.1MPa，气雾冷却气压力为0.15MPa，气雾的水气体积比为1∶3的气雾冷却和层流冷却结合方式冷却，冷却速度控制在2℃/s，终冷温度为400℃，最后进入冷床，得到低碳贝氏体类型的Q460E级钢板，经过正火和加速冷却以后，屈服强度达到420～460MPa，抗拉强度达到570～620MPa，屈强比在0.7～0.75，δ5延伸率25％～30％，Z向断面收缩率40％～60％。

正火后加速冷却对于提高钢板的性能，提升产品档次具有重要的意义，具有广阔的应用前景，可生产船板钢、容器钢、桥梁钢、锅炉钢、低合金高强度钢、建筑结构用钢板、造船及海上平台用钢板等。

实施例2：

按照本发明的技术方案进行实施，将厚度为50mm、宽度为2400mm的铁素体珠光体类型钢Q345E钢板，在正火热处理炉中加热至900℃，出炉后由传输辊道进入加速冷却区域进行加速冷却，冷却形式为气雾冷却和层流冷却结合方式，层流冷却水压力为0.30MPa，气雾冷却水压力为0.30MPa，气雾冷却气压力为0.40MPa，气雾的水气体积比为1∶10；终冷温度控制在550℃，冷却速度控制在5℃/s。冷却后的钢板最后进入冷床。经过正火后加速冷却的Q345E钢板力学性能与传统正火空冷钢板对比，屈服强度提高30～50MPa、抗拉强度提高20～35MPa，韧性、塑性略有下降，综合性能得到提高。

实施例3：

将厚度为120mm、宽度为5000mm的Q690钢板，在正火热处理炉中加热至950℃，出炉后由传输辊道进入加速冷却区域进行加速冷却，冷却形式为气雾冷却，气雾冷却水压力为0.50MPa，气雾冷却气压力为0.60MPa，气雾的水气体积比为1∶15；终冷温度控制在700℃，冷却速度控制在20℃/s。冷却后的钢板最后进入冷床。经过正火后加速冷却的Q690钢板力学性能与传统正火空冷钢板对比，屈服强度提高60～100MPa、抗拉强度提高70～90MPa，低温韧性提高，塑性略有下降。

Claims (5)

1.一种钢板正火后加速冷却工艺方法，其特征在于：具体包括以下步骤：1)将厚度为4～120mm，宽度为1200-5000mm的钢板装入热处理炉加热850～950℃进行正火；2)钢板出炉后经输送辊道进入以气雾冷却和层流水冷却结合的加速冷却区域进行加速冷却，冷却速度控制在2～20℃/s，终冷温度控制在400～700℃，冷却后的钢板经过热矫直或直接输送进入冷床。

2.根据权利要求1所述的钢板正火后加速冷却工艺方法，其特征在于：加速冷却采用气雾冷却和层流水冷却结合，冷却速度控制在2～20℃/s，终冷温度控制在400～700℃。

3.根据权利要求1所述的钢板正火后加速冷却工艺方法，其特征在于：所述冷却方式还可以为气雾冷却和水喷射冷却、气雾冷却和层流水冷却交替布置，或气雾冷却与水喷射冷却交替布置。

4.根据权利要求1或3所述的的钢板正火后加速冷却工艺方法，其特征在于：所述层流冷却或喷射冷却水压力为0.10～0.50MPa，气雾冷却水压力为0.10～0.60MPa，气雾冷却气压力为0.15～0.80MPa。

5.根据权利要求1或3所述的钢板正火后加速冷却工艺方法，其特征在于：所述气雾冷却的水气体积比为1∶3～15。