CN106222372B - 一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，该方法采用“正向喷射+正向喷射+反向喷射”为单元的射流冷却区域三段式在线淬火，通过不同温度段的冷速控制、表面冷却温度控制、返温时间控制及相应水冷参数的匹配设定，实现超长厚板的在线淬火。本发明将通过厚板不同温度段、冷速及相变组织的一体化控制，将冷却路径与厚板冷却有机结合，大大减小厚板厚度方向上的温度梯度，为多样化性能需求厚板新钢种的开发提供了工艺窗口。

Description

一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法
技术领域
本发明涉及一种厚板的在线淬火方法，具体地说是一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法。
背景技术
随着厚板新钢种的开发以及钢铁市场上厚板的大量需求，厚板冷却已成为必不可少的工艺支撑和技术保障。对于返红温度较低的在线淬火厚板，传统的层流冷却装置难以满足厚板的冷却强度及返红温度需求，超快冷装置采用常规的冷却方法也遇到极大的困难。
依托汽雾冷却装置、层流冷却装置及超快冷装置，有部分中/宽厚板生产线进行了在线淬火钢板的生产。2010年的中国专利申请(申请号为200910091825.8)公布了“一种适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺”，此发明采用高密度层流冷却实现钢板在线淬火，层流冷却由上层流集管和下喷射集管组成的冷却区构成，在线淬火钢板厚度为1-50mm。不同厚度钢板在通过冷却区平均冷却速度为25-45℃/s，冷却终止温度降至450℃以下。2011年的中国专利申请(申请号为201110358655.2)公布了“高韧性超高强钢的生产工艺及生产系统”，此发明超快冷使用DQ模式，钢板入水温度760-830℃，按照返红温度150-350℃自动配水及控制辊道速度，钢板快速进入进行DQ，未提及适用的钢板厚度规格及详细的直接淬火方法，实施例中涉及40mm超高强钢板淬火。
40mm以上淬火厚板一般在淬火机进行生产，但工序增加，直接增加了再加热成本、水耗。随着在线淬火工艺的开发，采用摆动式冷却也可实现其淬火。在冷却设备长度、水处理系统总流量一定的前提下，厚板长度接近摆动区域长度或冷却区长度时，采用摆动式冷却进行在线淬火，厚板头尾部分温度较本体高，头尾冷却难以达到淬火要求。当厚板长度超过摆动区域长度或冷却区长度时，摆动式冷却功能已不再适用在线淬火冷却。此外，当厚板厚度超过某一数值后，在冷却摆动区域进行摆动式淬火冷却时，厚板表面温度瞬间急冷后，后续冷却水继续冷却表面时，表面未能即时返温，造成冷却水的浪费，降低了冷却效率。
采用上述的汽雾冷却装置、层流冷却装置进行冷却时，难以实现厚板的在线淬火。采用上述的超快冷装置，通过现有的通过式冷却或摆动式冷却难以实现超长厚板的在线淬火。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：提供一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，利用单机架宽厚板生产线上的双框架倾斜喷射流冷却系统(最大水流量16000m3/h)实现厚板的在线淬火，解决超长厚板的在线淬火问题；该方法对厚板进行三段式冷却，通过不同温度段的冷速控制、表面冷却温度控制、返温时间控制及相应水冷参数的匹配设定，实现厚板的在线淬火。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，该方法包括以下步骤：㈠出钢温度为1160-1200℃的坯料经除鳞箱除鳞后，进入轧机进行两阶段轧制，轧制结束后，厚板进入预矫直机矫直；㈡厚板预矫直后，在倾斜喷射流冷却系统进行在线淬火；步骤㈡中，将倾斜喷射流冷却系统的冷却集管划分14组进行控制，第1-第4组为缝隙喷嘴集管，包括上缝隙集管和下缝隙集管，第5-第14组为高密喷嘴集管，包括高密上集管和高密下集管；第1-第4组上缝隙集管均为正向喷射，第5组高密上集管反向喷射，第6、第7、第9、第10、第12和第13组高密上集管均为正向喷射，第8、第11和第14组高密上集管均为反向喷射，所有下缝隙集管和高密下集管均为正向喷射；所述正向喷射为冷却水流喷射方向与厚板运行方向一致，并与厚板成一倾斜角，所述反向喷射为冷却水流喷射方向与厚板运行方向相反，并与厚板成一倾斜角；在线淬火采用“正向喷射+正向喷射+反向喷射”为单元的射流冷却，所有集管均打开，第1、第2、第3、第4组缝隙上集管流量在240-260m3/h之间，第5组高密上集管流量在560-600m3/h之间；第6、第7组高密上集管流量在350-450m3/h之间，第8组高密上集管流量在420-520m3/h之间，第9、第10组高密上集管流量在350-450m3/h之间，第11组高密上集管流量420-520m3/h之间，第12、第13组高密上集管流量在350-450m3/h之间，第14组高密上集管流量在420-520m3/h之间；采用三段式冷却，第一次冷却时，辊速在0.9-1.2m/s之间，厚板表面冷却速度大于20℃/s，出水温度控制在360℃以下，完成厚板在高温段的在线淬火；厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统出口后，利用辊道反转时间实现厚板表面返温，厚板以0.9-1.2m/s的辊速进入倾斜喷射流冷却系统进行第二次冷却，厚板表面冷却速度大于15℃/s，出水温度控制在300℃以下，完成厚板在低温段的在线淬火；厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统入口后，厚板表面几乎没有返温能力，厚板以0.9-1.2m/s的辊速进入倾斜喷射流冷却系统进行第三次冷却，将厚板表面与心部的温度梯度降到最低，返红温度在150℃以下。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，其中，第1组集管中心线距离轧机中心线79000mm，第14组集管中心线距离轧机中心线97000mm，倾斜喷射流冷却系统入口的热检物理位置72880mm，出口的冷检物理位置101880mm，当倾斜喷射流冷却系统出口的冷检第一次检测到厚板尾部到达时，辊道反转，厚板向轧机方向运行，当倾斜喷射流冷却系统入口的热检第二次检测到厚板并且其尾部到达物理位置75580mm时，辊道反转，厚板向远离轧机方向运行。
前述的基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，其中，厚板厚度规格为40-60mm，长度为15-23m。
前述的基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，三段式冷却中，厚板入水温度770-850℃，厚板从倾斜喷射流冷却系统入口向出口方向运行，进行第一次冷却，厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统后，出水上表温度300-360℃，出水下表温度280-360℃；辊道反转，辊道速度由正向变为反向，厚板反向进入倾斜喷射流冷却系统进行第二次冷却，入水上表温度540-600℃，入水下表温度530-610℃，厚板表面返温，厚板第二次冷却结束后，厚板表面温度低于300℃；厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统入口后，辊道反转，辊道速度由反向变为正向，厚板进入倾斜喷射流冷却系统进行第三次冷却，进一步减小厚板表面与心部的温度梯度，厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统出口后，厚板表面温度低于150℃。
本发明的有益效果是：(1)长度超过倾斜喷射流冷却摆动区域长度的厚板，摆动式冷却功能不再适用在线淬火冷却，三段式在线淬火冷却通过高温段大冷速冷却、短暂返温以及低温段冷却，实现了超长厚板的在线淬火，无需热处理生产线的离线淬火，缩短了工艺流程，降低了工序成本；(2)三段式在线淬火冷却厚板，兼顾冷却水与厚板表面的换热以及厚板表面与心部的热传导，提高了冷却效率；(3)三段式冷却方法通过厚板不同温度段、冷速及相变组织的一体化控制，将冷却路径与厚板冷却有机结合，实现厚板在线淬火。
附图说明
图1 为本发明中单机架宽厚板生产线的布置示意图。
图中，1—加热炉，2—除鳞箱，3—轧机，4—预矫直机，5—入水/出水温度高温计，6—倾斜喷射流冷却系统，7—出水/入水上表高温计，8—出水/入水下表高温计，9—返红温度高温计。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，生产线的布置如图1所示，本实施例的N610CF坯料尺寸325mm×2280mm×3194mm，轧制厚板尺寸42.6mm×2564mm×21358mm。钢坯的具体处理步骤如下：
(1) N610CF钢板的化学成分重量百分比为：C：0.076，Si：0.2026，Mn：1.407，P：0.0089，S：0.0009， Mo：0.12，V：0.0443，Ti：0.0122，Ni：0.2159，Alt：0.027，其余为Fe及不可避免的杂质。
(2) 坯料冷装，加热炉1的预热区炉气温度530-660℃，加热1区炉气温度970-1007℃，加热2区炉气温度1110-1144℃，加热3区炉气温度1205-1220℃，均热段炉气温度1190-1195℃，预热区时间99min，加热1区时间48min，加热2区时间49min，加热3区时间66min，均热区时间98min，出炉平均温度1184℃。
(3) 坯料从加热炉1出后，经除鳞箱2除鳞，进入轧机3进行两阶段轧制，共轧制15道次。中间坯厚度90mm，粗轧开轧温度1032℃，精轧开轧温度854℃，终轧温度829℃。轧制结束后，厚板进入预矫直机4矫直，并向倾斜喷射流冷却系统6运行。
(4) 第1、第2、第3、第4组缝隙上集管流量均为240m3/h，第5组高密上集管流量为560m3/h，第6、第7组高密上集管流量为350m3/h，第8组高密上集管流量为420m3/h，第9、第10组高密上集管流量为300m3/h，第11组高密上集管流量为370m3/h，第12、第13组高密上集管流量为300m3/h，第14组高密上集管流量为370m3/h，各组集管的水比均为1.15，辊速1.05m/s，水温25.86℃，采用三段式冷却。
(5) 高温计5检测入水温度775-790℃，厚板从倾斜喷射流冷却系统6入口向出口方向运行，进行第一次冷却。厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统6后，高温计7检测出水上表温度339-358℃，高温计8检测出水下表温度329-353℃。
(6) 辊道反转，经过2.5s，辊道速度由正向1.05m/s变为反向-1.05m/s，厚板反向进入倾斜喷射流冷却系统6进行第二次冷却。高温计7检测入水上表温度543-563℃，高温计8检测入水下表温度537-563℃，厚板表面返温。厚板第二次冷却结束后，倾斜喷射流冷却系统6入口的高温计5未能检测出其表面温度，厚板表面温度已低于高温计5量程下限温度(300℃)。
(7) 厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统6入口后，辊道反转，经过2.5s，辊道速度由反向-1.05m/s变为正向1.05m/s，厚板进入倾斜喷射流冷却系统6进行第三次冷却，进一步减小厚板表面与心部的温度梯度。厚板尾部离开冷却系统6出口后，高温计7未能检测出厚板表面温度，说明其温度已低于高温计7量程下限温度(100℃)。
(8) 在线淬火后，厚板不平度8mm/m，满足回火炉对入炉钢板的板形要求。
(9) 头部1/4宽度屈服强度629MPa,抗拉强度757MPa，延伸率15%，尾部1/4宽度屈服强度601MPa，抗拉强度746MPa，延伸率14.5%。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，所述方法包括以下步骤：㈠出钢温度为1160-1200℃的坯料经除鳞箱除鳞后，进入轧机进行两阶段轧制，轧制结束后，厚板进入预矫直机矫直；㈡厚板预矫直后，在倾斜喷射流冷却系统进行在线淬火；
所述步骤㈡中，将倾斜喷射流冷却系统的冷却集管划分14组进行控制，第1-第4组为缝隙喷嘴集管，包括上缝隙集管和下缝隙集管，第5-第14组为高密喷嘴集管，包括高密上集管和高密下集管；第1-第4组上缝隙集管均为正向喷射，第5组高密上集管反向喷射，第6、第7、第9、第10、第12和第13组高密上集管均为正向喷射，第8、第11和第14组高密上集管均为反向喷射，所有下缝隙集管和高密下集管均为正向喷射；所述正向喷射为冷却水流喷射方向与厚板运行方向一致，并与厚板成一倾斜角，所述反向喷射为冷却水流喷射方向与厚板运行方向相反，并与厚板成一倾斜角；
在线淬火采用“正向喷射+正向喷射+反向喷射”为单元的射流冷却，所有集管均打开，第1、第2、第3、第4组缝隙上集管流量在240-260m3/h之间，第5组高密上集管流量在560-600m3/h之间；第6、第7组高密上集管流量在350-450m3/h之间，第8组高密上集管流量在420-520m3/h之间，第9、第10组高密上集管流量在350-450m3/h之间，第11组高密上集管流量420-520m3/h之间，第12、第13组高密上集管流量在350-450m3/h之间，第14组高密上集管流量在420-520m3/h之间；
其特征在于：
采用三段式冷却，第一次冷却时，辊速在0.9-1.2m/s之间，厚板表面冷却速度大于20℃/s，出水温度控制在360℃以下，完成厚板在高温段的在线淬火；厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统出口后，利用辊道反转时间实现厚板表面返温，厚板以0.9-1.2m/s的辊速进入倾斜喷射流冷却系统进行第二次冷却，厚板表面冷却速度大于15℃/s，出水温度控制在300℃以下，完成厚板在低温段的在线淬火；厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统入口后，厚板表面几乎没有返温能力，厚板以0.9-1.2m/s的辊速进入倾斜喷射流冷却系统进行第三次冷却，将厚板表面与心部的温度梯度降到最低，返红温度在150℃以下。
2.如权利要求1所述的基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，其特征在于：第1组集管中心线距离轧机中心线79000mm，第14组集管中心线距离轧机中心线97000mm，倾斜喷射流冷却系统入口的热检物理位置72880mm，出口的冷检物理位置101880mm，当倾斜喷射流冷却系统出口的冷检第一次检测到厚板尾部到达时，辊道反转，厚板向轧机方向运行，当倾斜喷射流冷却系统入口的热检第二次检测到厚板并且其尾部到达物理位置75580mm时，辊道反转，厚板向远离轧机方向运行。
3.如权利要求1所述的基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，其特征在于：所述厚板厚度规格为40-60mm，长度为15-23m。
4.如权利要求1所述的基于倾斜喷射流的厚板在线淬火方法，其特征在于：所述三段式冷却中，厚板入水温度770-850℃，厚板从倾斜喷射流冷却系统入口向出口方向运行，进行第一次冷却，厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统后，出水上表温度300-360℃，出水下表温度280-360℃；
辊道反转，辊道速度由正向变为反向，厚板反向进入倾斜喷射流冷却系统进行第二次冷却，入水上表温度540-600℃，入水下表温度530-610℃，厚板表面返温，厚板第二次冷却结束后，厚板表面温度低于300℃；
厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统入口后，辊道反转，辊道速度由反向变为正向，厚板进入倾斜喷射流冷却系统进行第三次冷却，进一步减小厚板表面与心部的温度梯度，厚板尾部离开倾斜喷射流冷却系统出口后，厚板表面温度低于150℃。
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