CN114058820A - 一种厚重热轧h型钢轧后qst控冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，属于轧后控冷技术领域。本发明包括轧机出口设置的控冷装置，前后分别设置控冷前测温仪和控冷后测温仪，控冷后测温仪后依次设置热剧和冷床，还设置辊道运输H型钢；控冷装置包括水冷机构，包括侧水管、下水管和上水管，水管与喷嘴连接，分别设置在H型钢四周，所述的喷嘴喷射口与垂直方向呈锐角。本发明对轧后冷却系统进行设计，使厚重热轧H型钢能够快速冷却，尤其是控制喷嘴的数量、开口度、水压及辊道速度等参数进而控制开冷温度、终冷温度及返红温度，最终得到综合力学性能优异的翼缘厚度为40～140mm的热轧H型钢。
Description
技术领域
本发明涉及轧后控冷技术领域，更具体地说，涉及一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统。
背景技术
H型钢断面复杂，冷却过程中极易造成冷却不均，在控冷过程中要尽可能的缩小翼缘和腹板的温差，以此来保证H型钢整个界面温度场均匀。目前国内生产厚热轧H型钢采用的是UF机架轧制后加常规控制冷却工艺，以实现表面温度快速降低，从而改善产品性能。但马钢新建重型热轧H型钢翼缘厚度最厚达140mm，单位米重最大达到1377kg/m。产品尺寸及产品厚度大，且轧制压缩比小，轧后温降慢，常规的控冷工艺难以保证产品性能。据悉，相应厚度的板材产品，都是采用轧后热处理工艺调控性能，而针对重型热轧H型钢后续无热处理工艺来说，性能无法保证，产品开发难度大。为此，重型线将采用QST(在线淬火+自回火)生产工艺，快速降低轧后产品温度，利用相变强化提高产品性能。利用QST工艺生产厚重热轧H型钢需要注意温度分布的均匀性，特别是芯部残余热量是否能实现反温过程，以及反温温度是否满足自回火的需要，同时还需注意QST控冷工艺中超快冷阶段的淬火时间。淬火时间过久会导致芯部热量不足，造成反温温度过低，无法达到自回火目的，难以生成综合性能良好的回火索氏体。淬火时间过短会导致芯部热量过大，导致反温温度过高而使芯部晶粒粗大，同时也会导致回火层厚度较低，无法保证性能要求。
经检索，专利号为CN102029296，名称为“一种低碳热轧H型钢快速冷却方法”的专利文献，公开了一种低碳热轧小规格H型钢的冷却方法。该专利通过对轧后冷却装置的改造，采用高压气雾冷却方式，分区域冷却使得翼缘部位、R部温降幅度较大，实现快速均匀冷却H型钢各部。但这种控冷方式只能冷却小规格的H型钢，且冷却H型钢翼缘部位的左右控冷模块不能实现柔性伸缩，无法适用于厚重规格的热轧H型钢。
专利公开号为CN103736756B，名称为“一种中厚板轧后超快速冷却装置”的专利文献，公开了一种中厚板轧后超快速冷却装置，包括正/逆向上集管射流方向与中厚板表面的夹角均为A；正/逆向射流下集管与中厚板表面的夹角均为B；相邻的正向射流上集管和逆向射流上集管之间在钢板上表面形成的喷射区域与相邻的正向射流下集管和逆向射流下集管之间形成在钢板下表面形成的喷射区域对称，且成一定的比例关系，解决了厚板的均匀性问题。由于H型钢断面的温降不均匀，腹板冷却快，翼缘冷却相对较慢，R角处的温降最慢，所以此种方法不适合型钢轧后断面的冷却工艺。
专利公开号为CN101804422B，名称为“一种大型H型钢轧后超快速冷却装置”的专利文献，公开了一种大型H型钢轧后超快速冷却装置，包括上部固定横移轨道的轨道支座，横移轨道上的上冷却单元，其冷却单元包括测喷嘴单元、上喷嘴单元和具有凹槽的侧挡板，下喷嘴单元设置在输送辊道的电机底座上，并且所有喷嘴单元均与供水管道连接。从而实现了厚规格热轧H型钢的轧后冷却，使其沿轧制方向上冷却均匀。但该装置仅能实现翼缘厚度小于等于50mm厚的热轧H型钢，当成品翼缘厚度超过50mm时，超过了此装置的冷却能力，无法满足产品性能要求。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
鉴于现有的轧后冷却装置不能很好地适应厚重热轧H型钢的快速冷却，无法保证性能要求的问题，本发明提供了一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，对轧后冷却系统进行设计，使厚重热轧H型钢能够快速冷却，提高其性能并保证产品的均匀性。尤其是控制喷嘴的数量、开口度、水压及辊道速度等参数进而控制开冷温度、终冷温度及返红温度，最终得到综合力学性能优异的翼缘厚度为40～140mm的热轧H型钢。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，包括轧机，轧机出口设置控冷装置，该控冷装置前后分别设置控冷前测温仪和控冷后测温仪，控冷后测温仪后依次设置热剧和冷床，还设置辊道运输H型钢；所述的控冷装置包括水冷机构，该水冷机构包括侧水管、下水管和上水管，三水管均与多个喷嘴连接，与侧水管连接的喷嘴设置在H型钢两侧，与下水管连接的喷嘴设置在H型钢下方，与上水管连接的喷嘴设置在H型钢上方，所述的喷嘴喷射口与垂直方向呈锐角。
更进一步地，所述的喷嘴安装在喷嘴架上，H型钢上方设置两个不相连的喷嘴架，两喷嘴架上设置相同数量成对的喷嘴；H型钢两侧分别设置一喷嘴架，每个喷嘴架上数量相同的喷嘴；H型钢下方设置一个喷嘴架，其上设置奇数个喷嘴。
更进一步地，所述的侧水管、下水管和上水管共同接入整合水管，由水泵连接主水管为各个水管供水；侧水管、下水管和上水管分别通过金属软管与喷嘴相连；侧水管、下水管和上水管与金属软管连接处设置水阀。
更进一步地，所述的喷嘴可转动地设置在喷嘴架上，H型钢上部的每个喷嘴架上设置的成对的喷嘴喷射方向相对，H型钢两侧的喷嘴喷射方向朝向斜下方。
更进一步地，H型钢两侧的喷嘴调节角度为15～70°；H型钢下方的喷嘴调节角度为0～53.5°。
更进一步地，所述的H型钢放置在台架上，该台架通过滑轮可移动的设置在滑轨上，滑轨两端设置定位件，台架相对与H型钢两侧的喷嘴架发生位移，其两侧间喷嘴间距满足L0＝H+2S0(H为每个规格H型钢的高度值，为型钢的固有参数；S0为H型钢翼缘外侧与测喷嘴之间的距离，为固定值取值100mm)，如图5所示。
更进一步地，所述的水冷机构出入口均设置由吹扫管、吹扫台和气泵组成的吹扫机构，吹扫台承载H型钢，吹扫管连接气泵，对H型钢进行吹扫。
更进一步地，水冷机构出口与吹扫机构之间还设置侧吹平台，用于承载H型钢运输。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，利用多个喷嘴对轧后的H型钢进行水冷，通过在钢的多个方位布置可调节角度的喷嘴，将喷嘴分为上下左右四部分，且对称分布，每个部分由独立阀门控制，实现水量自由调节的同时，对H型钢翼缘外侧和翼缘内侧进行快速降温，在较短时间内将具有较高温度的热轧H型钢冷却到目标温度，然后利用轧材余热进行反温，利用相变强化、析出强化和细晶强化机制，得到具有细小晶粒的H型钢组织状态，最终使H型钢具有良好的组织状态，从而使其综合力学性能得到显著提高。
(2)本发明的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，用于承载H型钢的台架设置在滑轨上，能够相对与两侧的喷嘴发生位移，能够实时进行调节，保证H型钢与两侧喷嘴达到最佳距离，从而使得H型钢获得最佳的冷却效果。
(3)本发明的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，在水冷机构的出入口均设置吹扫机构，水冷机构入口处的吹扫机构保证在冷却过程中，冷却机构的冷却水不会流入UF轧机，保证设备的安全。水冷机构出口处的吹扫机构将H型钢腹板处的残留的冷却水进行吹扫，保证H型钢的干燥，不影响后续步骤的加工。
附图说明
图1为本发明的轧后QST控冷设备的整体结构示意图；
图2为本发明的轧后QST控冷设备安装位置示意图；
图3为本发明中水冷机构的结构示意图；
图4为本发明中控冷机构各喷嘴角度朝向示意图；
图5为本发明中两侧喷嘴间距与H型钢高度值之间的示意图；
图6为实施例1显微硬度与穿水层深度关系图；
图7为实施例1产品穿水层金相组织显微图；
图8为实施例2显微硬度与基体深度关系图；
图9为实施例2产品基体金相组织显微图；
图10为实施例1显微硬度与过渡区深度关系图；
图11为实施例1产品过渡区金相组织显微图；
图12为实施例1显微硬度与基体深度关系图；
图13为实施例1产品基体金相组织显微图；
图14为实施例3产品基体金相组织显微图；
图15为实施例4产品基体金相组织显微图；
图16为对比例1产品基体金相组织显微图；
图17为对比例2产品基体金相组织显微图。
图中标号说明：
1、轧机；2、控冷前测温仪；3、控冷装置；31、侧水管；32、下水管；33、上水管；34、整合水管；35、水泵；36、水阀；37、金属软管；38、喷嘴架；39、滑轨；310、定位件；311、吹扫管；312、气泵；313、吹扫台；314、侧吹平台；315、主水管；316、喷嘴；4、控冷后测温仪；5、热剧；6、冷床；7、辊道。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图2，本实施例的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，包括轧机1，轧机1出口设置控冷装置3，该控冷装置3前后分别设置控冷前测温仪2和控冷后测温仪4，用于检测H型钢冷却前后的温度，方便工作人员对冷却时间进行控制。控冷后测温仪4后依次设置热剧5和冷床6，还设置辊道7运输H型钢。
结合图1和图3，本实施例中的控冷装置3包括多组水冷机构，水冷机构包括侧水管31、下水管32和上水管33，三水管均与多个喷嘴316连接，与侧水管31连接的喷嘴316设置在H型钢两侧，与下水管32连接的喷嘴316设置在H型钢下方，与上水管33连接的喷嘴316设置在H型钢上方，所述的喷嘴316喷射口与垂直方向呈锐角。所述的侧水管31、下水管32和上水管33共同接入整合水管34，由水泵35连接主水管315为各个水管供水；侧水管31、下水管32和上水管33分别通过金属软管37与喷嘴316相连；侧水管31、下水管32和上水管33与金属软管37连接处设置水阀36。水冷机构出入口均设置由吹扫管311、吹扫台312和气泵313组成的吹扫机构，吹扫台312承载H型钢，吹扫管311连接气泵313，对H型钢进行吹扫。同时，水冷机构出口与吹扫机构之间还设置侧吹平台314，用于承载H型钢运输。本实施例在水冷机构的出入口均设置吹扫机构，水冷机构入口处的吹扫机构保证在冷却过程中，冷却机构的冷却水不会流入UF轧机，保证设备的安全。水冷机构出口处的吹扫机构将H型钢腹板处的残留的冷却水进行吹扫，保证H型钢的干燥，不影响后续步骤的加工。
结合图4，本实施例中，喷嘴316安装在喷嘴架38上，H型钢上方设置两个不相连的喷嘴架38，两喷嘴架38上设置相同数量成对的喷嘴316；H型钢两侧分别设置一喷嘴架38，每个喷嘴架38上数量相同的喷嘴316；H型钢下方设置一个喷嘴架38，其上设置奇数个喷嘴316。所述的喷嘴316可转动地设置在喷嘴架38上，H型钢上部的每个喷嘴架38上设置的成对的喷嘴316喷射方向相对，H型钢两侧的喷嘴316喷射方向朝向斜下方。H型钢两侧的喷嘴316调节角度为15～70°；H型钢下方的喷嘴316调节角度为0～53.5°。所述的H型钢放置在台架上，该台架通过滑轮可移动的设置在滑轨39上，滑轨39两端设置定位件310，台架相对于H型钢两侧的喷嘴架38发生位移。本实施例用于承载H型钢的台架设置在滑轨39上，能够相对与两侧的喷嘴316发生位移，能够实时进行调节，保证H型钢与两侧喷嘴316满足L0＝H+2S0要求，如图5所示，以达到最佳距离，从而使得H型钢获得最佳的冷却效果。
本实施例所冷却的H型钢是在小压缩比条件下生产特厚(翼缘厚度在40～140mm之间)大规格热轧H型钢，H型钢的翼缘厚度在40～140mm之间，腹板高度在400～1118mm，最小轧制压缩比在2.5以下(坯料翼缘平均厚度为220mm，H型钢成品的翼缘厚度在140mm)。
本实施例中，控冷装置3由四段组成，总长32m，每小段有效长度7.0m，辊道采用无级变速，速度可调。主水管315冷却水水压0～1.5MPa，最大流量为4500m3/h，主供气管空气压力为0.4～0.6MPa。
具体地，本实施例重型H型钢产线生产规格为H305mm×305mm×223mm，成品翼缘厚度30.4mm，采用本实施例的控冷系统后，屈服强度达到480/MPa，抗拉强度达到628/MPa，Z向性能达到45％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。本实施例穿水层为表层回火索氏体层，珠光体组织占比为20％，贝氏体组织占比5％，穿水层深度约为6mm。过渡区中珠光体占比25％，贝氏体组织占比8％。基体翼缘芯部组织为铁素体+珠光体的复合组织，珠光体占比达到32％。穿水层深度约为14mm，贝氏体组织占比10％。
实施例2
本实施例重型H型钢产线生产规格为H838mm×400mm×697mm，成品翼缘厚度80mm，采用本实施例的控冷系统后，屈服强度达到397/MPa，抗拉强度达到582/MPa，Z向性能达到35％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。本实施例翼缘芯部组织为铁素体+珠光体的复合组织，珠光体占比达到30％，贝氏体组织占比2％，穿水层深度约为4mm。
实施例3
本实施例重型H型钢产线生产规格为H356mm×406mm×634mm，翼缘厚度为77mm，采用本实施例的控冷系统后，屈服强度达到496/MPa，抗拉强度达到651/MPa，Z向性能达到50％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。本实施例翼缘芯部组织为铁素体+珠光体的复合组织，珠光体占比达到28％，贝氏体组织占比2％。
实施例4
本实施例重型H型钢产线生产规格为H356mm×406mm×551mm，翼缘厚度为67.5mm，采用本实施例的控冷系统后，屈服强度达到460/MPa，抗拉强度达到638/MPa，Z向性能达到35％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。本实施例翼缘芯部组织为铁素体+珠光体的复合组织，珠光体占比达到29％，贝氏体组织占比0％，无穿水层深度。
实施例5
本实施例重型H型钢产线生产规格为H1000mm×300mm×19mm×36mm，翼缘厚度为36mm，采用本实施例的控冷系统后，屈服强度达到389/MPa，抗拉强度达到558/MPa，Z向性能达到40％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。
实施例6
本实施例重型H型钢产线生产规格为W27mm×161mm，翼缘厚度为27.4mm，采用本实施例的控冷系统后，屈服强度达到445/MPa，抗拉强度达到620/MPa，Z向性能达到20％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。
对比例1
H型钢产线生产规格为H305mm×305mm×223mm，成品翼缘厚度30.4mm，未采用本发明的控冷系统，屈服强度达到365/MPa，抗拉强度达到580/MPa，Z向性能达到43％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。此对比例与实施例1生产的H型钢规格相同，由于其未采用本发明所使用的控冷系统，可以明显看出，其屈服强度和抗拉强度都远低于实施例1的H型钢。本对比例翼缘芯部组织为铁素体+珠光体的复合组织，珠光体占比达到22％，贝氏体组织占比1％，穿水层深度约为1.5mm。
对比例2
H型钢产线生产规格为H838mm×400mm×697mm，成品翼缘厚度80mm，未采用本发明的控冷系统，屈服强度达到330/MPa，抗拉强度达到520/MPa，Z向性能达到30％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。此对比例与实施例2生产的H型钢规格相同，由于其未采用本发明所使用的控冷系统，可以明显看出，其屈服强度和抗拉强度都远低于实施例2的H型钢。本对比例翼缘芯部组织为铁素体+珠光体的复合组织，珠光体占比达到23％，贝氏体组织占比2％，穿水层深度约为2mm。
对比例3
H型钢产线生产规格为H356mm×406mm×634mm，翼缘厚度为77mm，未采用本发明的控冷系统，屈服强度达到390/MPa，抗拉强度达到490/MPa，Z向性能达到25％。各项具体参数参看表1，生产获得的H型钢各参数参看表2。此对比例与实施例3生产的H型钢规格相同，由于其未采用本发明所使用的控冷系统，可以明显看出，其屈服强度和抗拉强度都远低于实施例3的H型钢。
表1 QST控冷参数表
结合图6-图17，本发明利用多个喷嘴316对轧后的H型钢进行水冷，通过在钢的多个方位布置可调节角度的喷嘴316，将喷嘴316分为上下左右四部分，且对称分布，每个部分由独立阀门控制，实现水量自由调节的同时，对H型钢翼缘外侧和翼缘内侧进行快速降温，在较短时间内将具有较高温度的热轧H型钢冷却到目标温度，然后利用轧材余热进行反温，利用相变强化、析出强化和细晶强化机制，得到具有细小晶粒的H型钢组织状态，最终使H型钢具有良好的组织状态，从而使其综合力学性能得到显著提高。通过高的冷却速度和相应的冷却时间可以很好的使奥氏体组织细化，使芯部组织向珠光体组织转变，表层组织则向回火索氏体组织转变，同时抑制了芯部珠光体组织长大，大大促进了钢材晶粒组织细化，晶粒度达到8级，且在H型钢的各断面组织都较为均匀。由上述实施例和对比例能够看出，在相同规格的情况下，采用了本发明所使用的控冷系统后，H型钢的屈服强度和抗拉强度都明显高于未使用本发明控冷系统的H型钢，由此可以看出，本发明的控冷系统，能够明显提高厚重H型钢的力学性能。
表2 H型钢力学性能参数表
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，包括轧机(1)，轧机(1)出口设置控冷装置(3)，该控冷装置(3)前后分别设置控冷前测温仪(2)和控冷后测温仪(4)，控冷后测温仪(4)后依次设置热剧(5)和冷床(6)，还设置辊道(7)运输H型钢；其特征在于：所述的控冷装置(3)包括水冷机构，该水冷机构包括侧水管(31)、下水管(32)和上水管(33)，三水管均与多个喷嘴(316)连接，与侧水管(31)连接的喷嘴(316)设置在H型钢两侧，与下水管(32)连接的喷嘴(316)设置在H型钢下方，与上水管(33)连接的喷嘴(316)设置在H型钢上方，所述的喷嘴(316)喷射口与垂直方向呈锐角。
2.根据权利要求1所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：所述的喷嘴(316)安装在喷嘴架(38)上，H型钢上方设置两个不相连的喷嘴架(38)，两喷嘴架(38)上设置相同数量成对的喷嘴(316)；H型钢两侧分别设置一喷嘴架(38)，每个喷嘴架(38)上数量相同的喷嘴(316)；H型钢下方设置一个喷嘴架(38)，其上设置奇数个喷嘴(316)。
3.根据权利要求2所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：所述的侧水管(31)、下水管(32)和上水管(33)共同接入整合水管(34)，由水泵(35)连接主水管(315)为各个水管供水；侧水管(31)、下水管(32)和上水管(33)分别通过金属软管(37)与喷嘴(316)相连；侧水管(31)、下水管(32)和上水管(33)与金属软管(37)连接处设置水阀(36)。
4.根据权利要求3所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：所述的喷嘴(316)可转动地设置在喷嘴架(38)上，H型钢上部的每个喷嘴架(38)上设置的成对的喷嘴(316)喷射方向相对，H型钢两侧的喷嘴(316)喷射方向朝向斜下方。
5.根据权利要求4所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：H型钢两侧的喷嘴(316)调节角度为15～70°；H型钢下方的喷嘴(316)调节角度为0～53.5°。
6.根据权利要求5所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：所述的H型钢放置在台架上，该台架通过滑轮可移动的设置在滑轨(39)上，滑轨(39)两端设置定位件(310)，台架相对与H型钢两侧的喷嘴架(38)发生位移，其两侧间喷嘴间距满足L0＝H+2S0，H为每个规格H型钢的高度值；S0为H型钢翼缘外侧与测喷嘴之间的距离。
7.根据权利要求6所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：所述的水冷机构出入口均设置由吹扫管(311)、吹扫台(312)和气泵(313)组成的吹扫机构，吹扫台(312)承载H型钢，吹扫管(311)连接气泵(313)，对H型钢腹板进行吹扫。
8.根据权利要求7所述的一种厚重热轧H型钢轧后QST控冷系统，其特征在于：水冷机构出口与吹扫机构之间还设置侧吹平台(314)，用于承载H型钢运输。
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