CN108048637B - 一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺 - Google Patents

一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺 Download PDF

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Abstract

一种200‑300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺，包括喷水参数控制工艺、辊速控制工艺、淬火时间控制工艺、板形控制工艺，该工艺：1、喷水参数控制工艺设定钢板辊式淬火过程水量、水压参数，并实施动态调整，实现钢板高强度、高效率淬火；2、辊速控制工艺控制钢板辊式淬火过程加速度和摆动参数，实现钢板高均匀性淬火；3、淬火时间控制工艺设定钢板淬火时间和冷速，实现钢板淬火过程温度精确控制；4、板形控制工艺通过控制钢板淬火过程水量比和辊缝，实现钢板高平直度淬火。该方法具有钢板淬火冷速及终冷温度控制精确、淬火后板形好、淬火均匀性好、淬火过程节水节能效果明显、淬火生产效率高的优点，适用于200mm～300mm厚的特厚钢板连续辊式淬火生产。

Description

一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺
技术领域
本发明属于热处理工艺技术领域，涉及一种200-300mm超厚钢板淬火热处理工艺。
背景技术
国际上常规特厚钢板淬火热处理方式为台车炉/外部机械化炉+淬火池/淬火槽，钢板加热后通过专用转移机构或天车吊装转移至淬火池/淬火槽内淬火，通过池/槽内冷却水搅拌加速钢板表面对流，实现较快速冷却。这种淬火热处理方式存在如下缺点：①钢板淬火冷速低，冷却水与钢板表面通过完整或间断的蒸汽膜传热，传热效率低；②钢板淬火均匀性差，搅拌产生的水流速度在池内各处不一致，表面蒸汽膜分布不均，导致钢板板面各处冷却强度分布不均；③钢板表面质量较差，钢板长时间加热(5～9小时)产生的厚重、致密氧化层在淬火过程中很难消除，淬火后残留在钢板表面；④钢板淬火后板形差，水槽内无约束淬火无法抑制淬火畸变，不均匀冷却加剧钢板不均匀淬火变形。
随着连续辊式淬火装备技术的发展，为特厚钢板高强度、高均匀性淬火提供了新的途径。然而，大单重、大断面特厚钢板连续辊式淬火存在如下难点：①钢板热容量大，持续冷却过程表面换热随壁面温度下降实时变化，如何通过设计和控制射流参数，实现壁面持续、高效传热，是难点一；②钢板对流换热面积大，如何确立壁面局部热流密度分布与时间、位置的关系，设计淬火策略，实现壁面有序换热，是难点二；钢板断面温度梯度大，上下表面换热形式/分布不同引起的温降差异直接影响断面温度场，如何设计并控制上下冷却参数，实现对称冷却，是难点三；钢板厚度大，如何协同控制壁面传热效率和断面温度梯度，实现表面-内部导热动态平衡，同时提升心部冷速和断面冷却均匀性，是难点四。此外，大单重钢板长时间淬火时，射流参数的动态调整与控制工艺等也是需要解决的难题。由于存在上述难题，200-300mm超厚钢板高强度、高均匀性淬火缺乏科学合理的辊式淬火工艺，成为制约厚钢板热处理质量和性能提升的关键。
专利CN105624571A，公开了一种特厚钢板及其生产工艺，通过设计合金成分，采用电炉冶炼→LF炉精炼→VD真空脱气→氩气保护下均匀模铸→高温脱模→带液心轧制→缓冷→加热→轧制→在线淬火→回火的工艺路线生产特厚钢板，与本发明离线淬火热处理工艺无关。
专利CN104726780A，公开了一种高强度特厚钢板及其生产方法，设计了由冶炼、浇铸、加热、轧制、热处理的工艺路线，并给出主要技术参数，但在淬火热处理方面并未作出详细说明，无法判断其技术特征，与本发明200-300mm特厚钢板淬火热处理工艺无关。
专利CN105969964A，公开了一种板厚二分之一处高韧性特厚钢板的生产方法，该方法为了提高钢板热处理的均匀性，放弃采用调质热处理方式，对提高钢板的强度不利，与本发明特厚钢板离线淬火热处理工艺无关。
专利CN102061373A，公开了一种提高高强度特厚板力学性能的热处理工艺，在特厚板的正火过程中增加水冷工序，通过加大正火冷却速度，降低钢板的相变温度，抑制微合金元素碳氮化物的长大，使钢板强度、塑性及低温脆性等均得到改善。该工艺主要针对特厚板正火处理，水冷工序主要采用浸入式水槽冷却，与本发明特厚钢板连续辊式淬火工艺无关。
发明内容
本发明的目的是提供一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺，能够解决特厚钢板淬火生产过程中产生的冷速偏低、冷却均匀性差、淬火板形差、淬火表面质量差等问题。
一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺，包括喷水参数控制工艺、辊速控制工艺、淬火时间控制工艺、板形控制工艺，其特征在于：
(1)喷水参数控制工艺包括水量-水压设定工艺和水量-水压动态调整工艺；
(2)辊速控制工艺包括加速度控制工艺和摆动控制工艺；
(3)淬火时间控制工艺包括淬火温降曲线计算工艺和钢板速度、摆动时间控制工艺；
(4)板形控制工艺包括水比控制工艺和辊缝控制工艺。
进一步地，上述(1)所述水量-水压设定工艺指200-300mm超厚钢板按下述工艺规程实施淬火热处理，钢板厚度在下述典型厚度之间按线性插值计算对应水量和水压。
钢板厚度/mm 200 220 240 260 280 300
淬火机高圧段水压/MPa 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1.0
淬火机高圧段水量/m<sup>3</sup>·h<sup>-1</sup> 4500～5000 5000～5500 5500～6000 6000～6500 6500～7000 6500～7000
淬火机中压段水压/MPa 0.4 0.4 0.45 0.45 0.5 0.5
淬火机中压段水量/m<sup>3</sup>·h<sup>-1</sup> 3500～5000 4000～5500 4500～6000 5000～6500 5500～7000 5500～7000
进一步地，上述(1)所述水量-水压动态调整工艺指钢板在辊式淬火机高圧段淬火时，淬火水量与水压保持不变，经过高圧段进入中压段淬火时，淬火水压不变，淬火水量分多次等量递减至设定水量的1/2。
进一步地，上述(2)所述加速度控制工艺指钢板出热处理炉后按恒定辊速18～30m/min移动至辊式淬火机高压段前，以5×10-5～2×10-4m2/s加速度加速进入高圧段，当钢板尾部经过高圧段进入中压段时，按加速后的辊速恒速移动。
进一步地，上述(2)所述摆动控制工艺指钢板依据长度在辊式淬火机中压段内从中压段入口至不同摆动距离范围内摆动，直至到达淬火时间，钢板移动出中压段，淬火结束，当16m≥钢板长度≥14m时，摆动距离为16m，当14m＞钢板长度≥12m时，摆动距离为12m，当12m＞钢板长度≥10m时，摆动距离为10m，当10m＞钢板长度≥8m时，摆动距离为8m，当钢板长度＜8m时，摆动距离为8m，中压段摆动范围内淬火喷嘴开启，中压段其他区域淬火喷嘴关闭。
进一步地，上述(3)所述淬火温降曲线计算工艺指采用半无限体导热模型、利用三维非稳态导热方程及第三类传热边界条件计算大断面特厚钢板断面淬火温度场，进而依据淬火冷速和终冷温度需求计算钢板淬火时间。
进一步地，上述(3)所述钢板速度、摆动时间控制工艺指依据计算的钢板淬火时间计算并执行钢板出热处理炉后移动速度、钢板在辊式淬火机高圧段速度和加速度、钢板在辊式淬火机中压段摆动速度和摆动时间，钢板在辊式淬火机中压段摆动时间包括在摆动距离范围内钢板正向/反向移动时间和钢板正-反向转变时的减速-停止-加速时间。
进一步地，上述(4)所述水比控制工艺指通过调整钢板下、上表面辊式淬火机各喷嘴水量比，控制钢板淬火后板形，当淬火后钢板板形上翘时，增加水比，当淬火后钢板板形下叩时，减小水比，增加或减小以0.1为调整幅度。
进一步地，上述(4)所述辊缝控制工艺指通过调整辊式淬火机上下辊间距离，控制钢板上表面水流状态和分布以及对钢板淬火变形的约束力，当淬火后钢板板形上翘时，增加辊缝，当淬火后钢板板形下叩时，减小辊缝，增加或减小以0.2mm为调整幅度，辊缝设定值不能小于钢板厚度值。
所述200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺与现有特厚钢板淬火工艺相比，本发明的有益效果在于：
1、钢板冷速及终冷温度控制精确：通过实施淬火时间控制工艺精确计算钢板淬火时间与冷速，实现淬火规程精确设定，通过实施水量-水压设定工艺精确实施设定的淬火规程，实现钢板冷却过程精确控制。
2、钢板淬火后板形好：通过实施水比控制工艺、辊缝控制工艺精确控制钢板淬火后板形，并实现板形自学习，提高单板及批次钢板淬火板形，实现无需后续压平或矫正处理即可成为成品，钢板淬火后不平度为4～5mm/2m。
3、钢板淬火均匀性好：通过实施加速度控制工艺实现钢板头尾均匀淬火温降，提高钢板纵向淬火温度均匀性；通过实施水比控制工艺实现钢板上下表面均匀温降，提高钢板厚向淬火温度均匀性。经测温仪检测钢板淬火后表面温度偏差≤8℃。
4、钢板淬火过程节水节能效果明显：通过实施淬火时间控制工艺精确控制冷却时间；通过实施水压动态调整工艺实现钢板表面极限换热，减少无效冷却水喷淋钢板表面；通过实施摆动控制工艺精确控制冷却区长度，减少辊式淬火机多余喷嘴开启。综合统计可节约淬火冷却水30～40％。
5、钢板淬火生产效率高：通过实施淬火时间控制工艺精确计算淬火冷却时间，提高生产效率，经计算，淬火时间与传统浸入式水槽/水池相比减小60～80分钟。
附图说明
图1是本发明中的200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺示意图。
图中，1钢板；2热处理炉；3辊式淬火机；4淬火温降曲线计算工艺；5钢板速度、摆动时间控制工艺；6高圧段；7加速度控制工艺；8水量水压设定工艺；9中压段；10水比控制工艺；11缝隙喷嘴；12高密I型喷嘴；13高密II型喷嘴；14辊缝控制工艺；15辊道；16摆动控制工艺；17水量水压动态调整工艺。
具体实施方式
下面通过实施例继续描述本发明的技术内容。
实施例1
本实施例提供本发明一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺实施过程，如图1所示，选用300mm厚、2500mm宽、8m长钢板为例具体说明实施过程。钢板1出热处理炉2前，辊式淬火机3采用淬火温降曲线计算工艺4设定钢板1淬火时间为40min，采用钢板速度、摆动时间控制工艺5设定钢板1入辊式淬火机3高圧段6初始辊速为3m/min、摆动时间为36min，采用加速度控制工艺7设定钢板1入辊式淬火机3高圧段6加速度为1×10-4m2/s，采用水量-水压设定工艺8设定辊式淬火机3高圧段6水量6600m3/h、水压1.0MPa，采用水量-水压设定工艺8设定辊式淬火机3中压段9水量7000m3/h、水压0.5MPa，采用水比控制工艺10设定辊式淬火机3下、上缝隙喷嘴11水量比为1.5，采用水比控制工艺10设定辊式淬火机3下、上高密I型喷嘴12水量比为1.7，采用水比控制工艺10设定辊式淬火机3下、上高密II型喷嘴13水量比为1.9，采用辊缝控制工艺14设定辊式淬火机3高圧段6辊缝值303mm，采用辊缝控制工艺14设定辊式淬火机3中圧段9辊缝值305mm；工艺参数设定并调整好后，钢板1出钢；钢板由热处理炉2出钢后，以20m/min速度由辊道15送至辊式淬火机3前端，以设定加速度进入辊式淬火机3高圧段6淬火；钢板1进入辊式淬火机3高圧段6前端的同时，辊式淬火机3中压段9按设定工艺开启；钢板1尾部进入辊式淬火机3中压段9前端后，钢板1加速度取消，以恒定速度在辊式淬火机3中压段9内摆动，采用摆动控制工艺16设定摆动距离为8m，开启辊式淬火机3中压段9前4组高密II型喷嘴13，按设定初始水量、水压、水比、辊缝、辊速实施摆动淬火；钢板1在辊式淬火机3中压段9内摆动过程中，采用水量-水压动态调整工艺17，辊式淬火机3中压段9水量由7000m3/h分6次等幅递减至3500m3/h，辊式淬火机3中压段9水量调整时间间隔为6min；钢板1尾部过辊式淬火机3高圧段6后端后，辊式淬火机3高圧段6缝隙喷嘴11、高密I型喷嘴12关闭；钢板1在辊式淬火机3中压段9摆动达到摆动时间后，以同样的辊速移动出辊式淬火机3中压段9后端，钢板1尾部离开辊式淬火机3中压段9后端后，辊式淬火机3中压段9高密II型喷嘴13关闭。
实施例2
本实施例提供本发明一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺调整过程，如图1所示，选用300mm厚、2500mm宽、8m长钢板为例具体说明调整过程。钢板1尾部离开辊式淬火机3中压段9后端后，若钢板1板形下叩，采用水比控制工艺10调整辊式淬火机3下、上缝隙喷嘴11水量比为1.4，调整辊式淬火机3下、上高密I型喷嘴12水量比为1.6，调整辊式淬火机3下、上高密II型喷嘴13水量比为1.8，采用辊缝控制工艺14调整辊式淬火机3高圧段6辊缝值为301mm，调整辊式淬火机3中圧段9辊缝值为303mm；若钢板1板形上翘，采用水比控制工艺10调整辊式淬火机3下、上缝隙喷嘴11水量比为1.6，调整辊式淬火机3下、上高密I型喷嘴12水量比为1.8，调整辊式淬火机3下、上高密II型喷嘴13水量比为2.0，采用辊缝控制工艺14调整辊式淬火机3高圧段6辊缝值为305mm，调整辊式淬火机3中圧段9辊缝值为307mm；调整后的辊式淬火机3各喷嘴下、上水量比和高圧段6、中压段9辊缝值用于下一块相同规格钢板淬火。

Claims (2)

1.一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺，包括喷水参数控制工艺、辊速控制工艺、淬火时间控制工艺、板形控制工艺，其特征在于：
(1)喷水参数控制工艺包括水量-水压设定工艺和水量-水压动态调整工艺；其中，水量-水压设定工艺为200-300mm超厚钢板按工艺规程实施淬火热处理，钢板厚度在典型厚度之间按线性插值计算对应水量和水压；水量-水压动态调整工艺指钢板在辊式淬火机高压段淬火时，淬火水量与水压保持不变，经过高压段进入中压段淬火时，淬火水压不变，淬火水量分多次等量递减至设定水量的1/2；
(2)辊速控制工艺包括加速度控制工艺和摆动控制工艺；其中，加速度控制工艺指钢板出热处理炉后按恒定辊速18～30m/min移动至辊式淬火机高压段前，以5×10-5～2×10-4m2/s加速度加速进入高压段，当钢板尾部经过高压段进入中压段时，按加速后的辊速恒速移动；
所述的摆动控制工艺指钢板依据长度在辊式淬火机中压段内从中压段入口至不同摆动距离范围内摆动，直至到达淬火时间，钢板移动出中压段，淬火结束，当16m≥钢板长度≥14m时，摆动距离为16m，当14m＞钢板长度≥12m时，摆动距离为12m，当12m＞钢板长度≥10m时，摆动距离为10m，当10m＞钢板长度≥8m时，摆动距离为8m，当钢板长度＜8m时，摆动距离为8m，中压段摆动范围内淬火喷嘴开启，中压段其他区域淬火喷嘴关闭；
(3)淬火时间控制工艺包括淬火温降曲线计算工艺和钢板速度、摆动时间控制工艺；
所述的淬火温降曲线计算工艺指采用半无限体导热模型、利用三维非稳态导热方程及第三类传热边界条件计算大断面特厚钢板断面淬火温度场，进而依据淬火冷速和终冷温度需求计算钢板淬火时间；
所述的钢板速度、摆动时间控制工艺指依据计算的钢板淬火时间计算并执行钢板出热处理炉后移动速度、钢板在辊式淬火机高压段速度和加速度、钢板在辊式淬火机中压段摆动速度和摆动时间，钢板在辊式淬火机中压段摆动时间包括在摆动距离范围内钢板正向/反向移动时间和钢板正-反向转变时的减速-停止-加速时间；
(4)板形控制工艺包括水比控制工艺和辊缝控制工艺；
所述的水比控制工艺指通过调整钢板下、上表面辊式淬火机各喷嘴水量比，控制钢板淬火后板形，当淬火后钢板板形上翘时，增加水比，当淬火后钢板板形下叩时，减小水比，增加或减小以0.1为调整幅度；
所述的辊缝控制工艺指通过调整辊式淬火机上下辊间距离，控制钢板上表面水流状态和分布以及对钢板淬火变形的约束力，当淬火后钢板板形上翘时，增加辊缝，当淬火后钢板板形下叩时，减小辊缝，增加或减小以0.2mm为调整幅度，辊缝设定值不小于钢板厚度值。
2.根据权利要求1所述的一种200-300mm超厚钢板基于辊式淬火机的淬火热处理工艺，其特征在于(1)中水量-水压设定工艺指200-300mm超厚钢板按下述工艺规程实施淬火热处理，钢板厚度在下述典型厚度之间按线性插值计算对应水量和水压，
钢板厚度/mm 200 220 240 260 280 300 淬火机高压段水压/MPa 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1.0 淬火机高压段水量/m<sup>3</sup>·h<sup>-1</sup> 4500～5000 5000～5500 5500～6000 6000～6500 6500～7000 6500～7000 淬火机中压段水压/MPa 0.4 0.4 0.45 0.45 0.5 0.5 淬火机中压段水量/m<sup>3</sup>·h<sup>-1</sup> 3500～5000 4000～5500 4500～6000 5000～6500 5500～7000 5500～7000
。
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