CN115679053A - 用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置及其方法，包括多根气雾喷射梁，且所述气雾喷射梁分布于热轧卷钢板的上、下表面侧；每根所述气雾喷射梁上均设有多排气雾喷射管；每排所述气雾喷射管朝所述热轧卷钢板的一侧上设有多个气雾喷嘴，另一侧上设有压缩空气管、水管。本发明使不同规格热轧带钢以不同冷速进行淬火，使其满足性能要求的同时，减弱带钢的热应力和组织应力，降低带钢表面返温现象，避免出现自回火现象，获得性能均匀性优异、表面质量良好、无明显浪形的热轧超高强钢。

Description

用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置及其方法

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置及其方法。

背景技术

随着工业技术的发展，热轧高强钢盒超高强钢市场需求越来越大，工程机械、自卸车、重型卡车、运钞车等行业对钢铁领域中高强钢需求量逐年提升，热轧带钢热处理技术显得十分重要，淬火作为热轧带钢热处理的核心技术，成为重中之重。

目前热轧带钢热处理普遍采用离线热处理方式生产薄规格超高强钢，一般流程为开卷、切板、抛丸、加热、淬火和回火等，带钢运行速度可达75m/min，淬火时主要采用水淬方式，配置高压狭缝喷射和压力喷射，通过调节上下水比、带钢走速等优化淬火板形。利用狭缝喷射或高压水喷射方式，使不同压力的水与热钢板表面接触，强化换热效果，快速将加热后钢板冷却至室温，无淬火返温现象。但狭缝喷射对狭缝精度要求极高，很难使得沿板宽方向的狭缝尺寸相同，使得钢板宽度方向上不同区域换热存在差异；而高压水喷嘴虽然采用交错方式布置，仍存在面积较大的直接冲击区和非冲击区，导致两个区域的换热存在较大差异。这些因素直接导致热轧钢板在淬火时出现较大的组织应力和热应力，出现板形不良、表面质量不达标和性能不均匀性等现象。此外，钢板运动速度快，产线长，占地面积大，以单板形式生产导致效率不高。

集约化热卷连续热处理技术是热轧钢卷经淬火回火后再次卷取，在加热过程中采用快速加热方法，缩短加热和均热时间，提高生产效率，同时缩短产线长度。在集约化产线中，带钢运行速度一般小于10m/min，且速度不可调节。在生产过程中若采用传统冷却方式，薄规格钢板冷却时的不均匀性现象更加严重，板形难以控制，这使得淬火装置选型难度加大。

在现有专利申请中，如中国专利CN012492824A公开了一种高强度钢带或钢板的连续热处理方法，淬火装置可实现气雾冷却、喷水冷却或气雾+喷水组合冷却，采用该装置将钢板冷却至200～500℃。该方法主要应用与很薄规格小于2mm的冷轧带钢，主要是获得冷轧QP钢。对于传统的热轧工程机械用钢，淬火至该温度区间，出现自回火或淬不透现象，影响性能。

如中国专利CN016350640A公开了一种对冷轧带钢进行连续淬火的方法，包括将冷轧带钢加热到铁素体与奥氏体相变温度30～50℃，在马氏体转变开始温度和结束温度的某一中间值分别采用气雾冷却和喷气冷却方式，在较高温度区域采用气雾冷却，较低温度区域采用喷气冷速，冷速分别为100～200℃/s和20～50℃/s，从而减小了冷轧带钢变形，降低生产成本。但较低区域冷速过低，易出出现马氏体自回火现象，且表面因存在水雾，导致表面氧化。

如中国专利CN203264989U公开了一种快速冷却气雾喷嘴，包括气水混合室和嘴喷嘴，主要是通过改变喷嘴基本结构，增加喷射孔个数，保证在不增加喷嘴数量的前提下增大冷速，最大冷速可达100℃/s以上。在增加喷射孔个数的同时，增大了水流量，也会加重冷却不均匀性，从而导致性能不均匀。

如中国专利CN101293229A公开了一种喷气、喷雾两用式冷却装置，通过改变喷嘴位置、喷嘴角度和冷却介质，实现大范围的冷却速率。但在喷嘴角度调整方面，为喷嘴的喷吹角度。当冷却喷嘴布置固定时，随着角度变大，横向和纵向的冲击区几乎无明显变化，只能依靠喷嘴的窄缝宽度改变水量，从而提高冷速。

如中国专利CN105793446A公开了钢带的连续热处理方法和设备，采用的冷却方式包括喷射液体、气体与液体的合成流体或雾型组合物，使得冷速在200℃/s以上，随后在钢板表面热浸涂。该方法用于厚度小于2mm的冷轧钢板，对于2～6mm规格的热轧带钢适用性不明确。

又如中国专利CN110168117A公开了用于金属带材处理的连续生产线的快速冷却方法和部分，通过布置不同类型的气雾喷嘴，实现淬火冷却，冷速为400～1200℃/s。喷嘴倾斜角为5～15°，使2mm带材在800～500℃区间内冷却时冷速提高至1000℃/s。在800～500℃冷速过快，导致热应力无法释放，会引起板形问题。

综上所述，对于厚度小于2mm薄规格的冷轧带钢采用气雾或气体冷却，保证冷速的同时，具有良好的均匀性和表面质量；目前对于2-6mm热轧带钢淬火技术多采用水淬技术，采用常规的气雾冷却方式，冷速不能满足要求，鲜有采用气雾冷却方式对热轧带钢进行淬火处理。为了获得高强度、高均匀性、低组织应力和热应力、板形良好、表面质量良好的热轧超高强钢，本专利采用气雾冷却装置，根据不同热轧带钢种类及厚度对改变喷嘴旋转角度和气雾喷射梁布局，从而获得性能优异、质量良好的热轧超高强钢。本专利的气雾冷却装置中，采用外混型喷嘴，使得气压和水压调节时不出现相互干涉现象，便于控制和调节。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置及其方法，使不同规格热轧带钢以不同冷速进行淬火，使其满足性能要求的同时，减弱带钢的热应力和组织应力，降低带钢表面返温现象，避免出现自回火现象，获得性能均匀性优异、表面质量良好、无明显浪形的热轧超高强钢。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，包括多根气雾喷射梁，且所述气雾喷射梁分布于热轧卷钢板的上、下表面侧；

每根所述气雾喷射梁上均设有多排气雾喷射管；

每排所述气雾喷射管朝所述热轧卷钢板的一侧上设有多个气雾喷嘴，另一侧上设有压缩空气管、水管。

较佳的，所述气雾喷嘴为外混型喷嘴。

较佳的，所述气雾喷嘴与所述热轧卷钢板之间的间距为50～300mm。

较佳的，同一排所述气雾喷射管上的相邻两个所述气雾喷嘴之间的间距为30～150mm。

较佳的，相邻两排所述气雾喷射管之间的间距为30～200mm。

较佳的，所述气雾喷嘴的喷射流与所述气雾喷射管之间的夹角为7～75°。

较佳的，相邻两根所述气雾喷射梁之间的间距为40～400mm。

另一方面，一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却方法，在热轧卷钢板的上、下表面侧均布置所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，通过改变所述气雾喷嘴与所述气雾喷射管之间的角度以及所述气雾喷射梁之间的间距布置，使不同厚度规格的所述热轧卷钢板以不同冷速进行淬火。

较佳的，所述热轧卷钢板的厚度为2～6mm；

所述热轧卷钢板以不同冷速进行淬火为在马氏体相变开始温度以上冷速为30～100℃/s，马氏体相变开始温度以下冷速为50～200℃/s。

较佳的，所述气雾喷嘴的气压为3～6bar，水压为2～5bar。

本发明所提供的一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置及其方法，具有以下几点有益效果：

1)本发明气雾冷却装置可对气雾喷嘴的旋转角度和气雾喷射梁布局进行调整，控制喷射流区域，控制冷却过程中的换热，不同厚度规格采用不同的冷却参数，可使气雾射流全部覆盖整个宽度方向，使得热轧带钢淬火时温度和性能均匀性更佳；

2)本发明气雾冷却装置针对气雾喷嘴的旋转和气雾喷射梁布局进行调整，可有效提高冲击区面积，延长换热时间，提高热轧带钢气雾淬火的冷速；

3)本发明气雾冷却装置中气雾喷嘴采用外混型，气压和水压调节时不出现相互干涉现象，便于控制和调节；

4)本发明气雾冷却方法中在马氏体相变温度以上的冷速为30～100℃/s，避免在较高温度区出现铁素体、珠光体和贝氏体转变，同时冷却速度较低，可明显减弱热应力，从而减少因热应力导致板形不良现象；马氏体相变开始温度以下冷速为50～200℃/s，在获得马氏体的同时，减少组织应力，又不会出现自回火现象，减少因组织应力导致的板形不良现象。

附图说明

图1是本发明气雾冷却装置的结构示意图；

图2是本发明气雾冷却装置中气雾喷射管、气雾喷嘴布局的示意图；

图3是本发明气雾淬火方法实施例1-3中某热轧超高强钢的冷却曲线示意图，

图4是本发明气雾淬火方法实施例3中某热轧超高强钢的气雾淬火金相组织示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1和图2所示，本发明所提供的一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，包括多根平行设置的气雾喷射梁1，且气雾喷射梁1分布在热轧卷钢板6的上、下表面侧。

每根气雾喷射梁1上均设有多排平行设置的气雾喷射管2。

每排气雾喷射管2朝热轧卷钢板的一侧上设有多个气雾喷嘴3，另一侧上设有压缩空气管4、水管5。

气雾喷嘴3为外混型喷嘴，气压和水压调节时不出现相互干涉现象，便于控制和调节。

本发明气雾冷却装置通过对气雾喷嘴3的旋转角度和气雾喷射梁1布局进行调整，为气雾喷嘴4的设置高度、单排气雾喷射管2上相邻两个气雾喷嘴4的横向间距、相邻两排气雾喷射管2的纵向间距和相邻两根气雾喷射梁1的纵向间距，通过控制各个参数，调整扇形喷射流区域，控制冷却过程。具体设置如下：

气雾喷嘴4的气压为3～6bar，水压为2～5bar。

气雾喷嘴4的设置高度即为气雾喷嘴4与热轧卷钢板6之间的间距h为50～300mm。

同一排气雾喷射管2上的相邻两个气雾喷嘴4之间的横向间距32为30～150mm。

相邻两排气雾喷射梁1之间的间距33为30～200mm。

气雾喷嘴4的喷射流31与气雾喷射管2之间的夹角34为7～75°。

相邻两根气雾喷射梁1之间的间距w为40～400mm。

冷却前，提前设定气雾喷嘴4的夹角34、相邻两个气雾喷嘴4之间的横向间距32和两排气雾喷射梁1之间的间距33等参数，结合气雾喷嘴4排布，实现均匀性淬火，气雾喷嘴4布局在热轧卷钢板6的运动方向上可交错布局，也可对齐布局。

本发明还提供了一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却方法，在热轧卷钢板6的上、下表面侧均布置本发明用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，通过改变气雾喷嘴4与气雾喷射管2之间的角度以及气雾喷射梁1之间的间距布置，使不同规格的热轧卷钢板6以不同冷速进行淬火。

热轧卷钢板6以不同冷速进行淬火为在马氏体相变开始温度以上冷速为30～100℃/s，避免在较高温度区出现铁素体、珠光体和贝氏体转变，同时冷却速度较低，可明显减弱热应力，从而减少因热应力导致板形不良现象；马氏体相变开始温度以下冷速为50～200℃/s，在获得马氏体的同时，减少组织应力，又不会出现自回火现象，减少因组织应力导致的板形不良现象。

本发明通过3个实施例以某热轧超高强钢进行试验，临界冷速为50℃/s，每次试验均在同一位置埋偶测温。

实施例1

某热轧超高强钢经加热后采用气雾冷却，气雾喷射管2设置一排，气雾喷嘴4的旋转角度15°，气雾喷嘴4距热轧卷钢板6的高度为200mm，气雾喷嘴4之间的横向间距32为120mm，气雾喷射管4之间的间距33为350mm，气压为4bar，水压为3bar。2mm热轧超高强钢在该气雾冷却装置下的马氏体相变开始温度点以上冷速为95℃/s，马氏体相变开始温度点以下冷速为185℃/s，经气雾淬火后的组织淬火马氏体组织。

实施例2

某热轧超高强钢经加热后采用气雾冷却，气雾喷射管2设置两排，气雾喷嘴4的旋转角度45°，气雾喷嘴4距热轧卷钢板6的高度为150mm，气雾喷嘴4之间的横向间距32为100mm，气雾喷射管2之间的间距33为100mm，气雾喷射梁1之间的间距w为300mm，气压为5bar，水压为4bar。4mm热轧超高强钢在该气雾冷却装置下的马氏体相变开始温度点以上冷速为78℃/s，马氏体相变开始温度点以下冷速为147℃/s，经气雾淬火后的组织淬火马氏体组织。

实施例3

某热轧超高强钢经加热后采用气雾冷却，气雾喷射管2设置四排，气雾喷嘴4的旋转角度60°，气雾喷嘴4距热轧卷钢板6的高度为100mm，气雾喷嘴4之间的横向间距32为80mm，气雾喷射管2之间的间距33为150mm，气雾喷射梁1之间的间距w为200mm，气压为6bar，水压为5bar。6mm热轧超高强钢在该气雾冷却装置下的马氏体相变开始温度点以上冷速为58℃/s，马氏体相变开始温度点以下冷速为103℃/s，经气雾淬火后的组织淬火马氏体组织(如图4所示)，原奥氏体晶粒约10μm，气雾淬火冷速高于58℃/s，大于临界冷速50℃/s，最终获得淬火马氏体组织，且无碳化物析出。

图3为3个实施例的冷却曲线，不同厚度热轧超高强钢在马氏体相变开始温度点上下冷速不同，且马氏体相变开始温度点以上的冷速低于马氏体相变开始温度点以下的冷速。2mm热轧超高强钢在气雾淬火过程中，马氏体相变开始温度点以上和以下的冷速分别为95℃/s和185℃/s；4mm热轧超高强钢的分别为78℃/s和147℃/s；6mm热轧超高强钢的分别为58℃/s和103℃/s。

下表1为3个实施例的冷速统计表，从结果可知，采用本发明方法，2～6mm热轧超高强钢淬火至室温后，获得完全的淬火马氏体，冷速在临界冷速之上，且马氏体相变开始温度点以上冷速不高，热应力小；马氏体相变开始温度点以下冷速较高，保证回火淬火马氏体的同时又不会出现自回火现象。

表1

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：包括多根气雾喷射梁，且所述气雾喷射梁分布于热轧卷钢板的上、下表面侧；

每根所述气雾喷射梁上均设有多排气雾喷射管；

每排所述气雾喷射管朝所述热轧卷钢板的一侧上设有多个气雾喷嘴，另一侧上设有压缩空气管、水管。

2.根据权利要求1所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：所述气雾喷嘴为外混型喷嘴。

3.根据权利要求2所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：所述气雾喷嘴与所述热轧卷钢板之间的间距为50～300mm。

4.根据权利要求2所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：同一排所述气雾喷射管上的相邻两个所述气雾喷嘴之间的间距为30～150mm。

5.根据权利要求2所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：相邻两排所述气雾喷射管之间的间距为30～200mm。

6.根据权利要求2所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：所述气雾喷嘴的喷射流与所述气雾喷射管之间的夹角为7～75°。

7.根据权利要求1所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，其特征在于：相邻两根所述气雾喷射梁之间的间距为40～400mm。

8.一种用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却方法，其特征在于：在热轧卷钢板的上、下表面侧均布置如权利要求1-7任一项所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却装置，通过改变所述气雾喷嘴与所述气雾喷射管之间的角度以及所述气雾喷射梁之间的间距布置，使不同厚度规格的所述热轧卷钢板以不同冷速进行淬火。

9.根据权利要求8所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却方法，其特征在于：所述热轧卷钢板的厚度为2～6mm；

所述热轧卷钢板以不同冷速进行淬火为在马氏体相变开始温度以上冷速为30～100℃/s，马氏体相变开始温度以下冷速为50～200℃/s。

10.根据权利要求8所述的用于集约化热轧卷连续热处理的气雾冷却方法，其特征在于：所述气雾喷嘴的气压为3～6bar，水压为2～5bar。

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