一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，包括表面冷速提高方法、表面溫度保持方法、非表面冷速瞬時提高方法、非表面冷速持續(xù)提高方法和厚向溫度控制方法；表面冷速提高方法采用多組狹縫噴嘴，快速提升鋼板近表面區(qū)域冷速，增大鋼板厚向溫度梯度；表面溫度保持方法采用多排傾斜射流噴嘴，保持鋼板近表面溫度，通過增大過冷度提升表面換熱效率；非表面冷速瞬時提高方法通過控制近表面區(qū)域冷速和溫度，控制鋼板厚向溫度梯度，提升鋼板1/4厚度區(qū)域冷速；非表面冷速持續(xù)提高方法采用多角度傾斜射流噴嘴，控制鋼板近心部區(qū)域以臨界速度降溫，提升鋼板近心部區(qū)域冷速。該方法適用于120mm~250mm厚的特厚鋼板連續(xù)輥式淬火生產(chǎn)。
【專利說明】一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱處理工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，特厚鋼板(鋼板厚度大于120_)淬火生產(chǎn)主要采用浸入式淬火方式，通過池內(nèi)冷卻水攪拌加速鋼板表面對流，實現(xiàn)較快速冷卻。這種淬火方式存在如下缺點:一、冷速偏低，鋼板浸入式淬火時，表面產(chǎn)生蒸汽膜，隔絕鋼板表面與冷卻水接觸，造成近表面區(qū)域冷速偏低，進而鋼板厚向溫度梯度減小，心部導熱能力下降，心部冷速也偏低；二、冷卻不均勻，鋼板浸入式淬火過程中，因攪拌產(chǎn)生的水流速度在池內(nèi)各處不一致，表面蒸汽膜分布不均，導致鋼板板面各處冷卻強度分布不均，同時鋼板固定處由于與冷卻水不發(fā)生接觸，存在淬火軟點，進一步加劇了鋼板表面冷卻的不均勻；三、批次穩(wěn)定性差，冷卻介質(zhì)溫度及鋼板全長的熱交換過程缺乏一致性和重現(xiàn)性；四、淬火過程無法控制，無法通過控制淬火參數(shù)，改變鋼板表面換熱效率，影響鋼板近表面至心部的冷速分布，進而控制鋼板淬火后組織和性能分布；五、生產(chǎn)效率低下，因換熱效率低，單塊鋼板淬火時間長，且需要吊裝，工序繁瑣。[0003]隨著輥式淬火裝備技術(shù)的發(fā)展，厚度小于120_的鋼板也能夠?qū)崿F(xiàn)高強度均勻化輥式淬火，且通過控制噴水形式、水量、壓力、輥道速度、輥縫高度等參數(shù)，控制鋼板淬火過程中的冷速，實現(xiàn)組織性能控制。然而，由于特厚鋼板單重大、厚度大(厚度大于120mm)，淬火過程鋼板表面換熱特性、溫降規(guī)律、組織演變規(guī)律與較薄規(guī)格鋼板(厚度不大于120mm)差別較大，傳統(tǒng)輥式淬火工藝方法不能滿足特厚鋼板淬火對冷卻速率、冷卻均勻性等方面的要求。
[0004]現(xiàn)有專利技術(shù)中，專利CN202347055U公開了一種特厚鋼板熱處理系統(tǒng)，由拋丸機組、熱處理爐、氣霧加速冷卻機組、冷床、翻板機、取樣剪、成品標志機組成，滿足特厚鋼板熱處理正火、正火+回火、回火及鋼種加速冷卻等熱處理工藝要求。該系統(tǒng)主要針對特厚鋼板正火和回火熱處理工藝，涉及到冷卻，僅采用氣霧冷卻方式，冷卻強度偏低，與本發(fā)明特厚鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法無關(guān)。
[0005]專利CN103333996A公開了一種超高強度海工鋼E690特厚鋼板的淬火工藝，包括淬火機各組噴嘴水量和輥道速度控制，設(shè)定上輥系壓下量、輥道速度等參數(shù)。實施該發(fā)明方案后，鋼板板形合格率達到95%以上。該工藝是對傳統(tǒng)中厚鋼板輥式淬火工藝的改良，給出了某一特定鋼種淬火冷卻工藝，并未針對特厚鋼板淬火溫降的特點，給出系統(tǒng)的淬火工藝方法，與本發(fā)明特厚鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法無關(guān)。
[0006]專利CN102061373A公開了一種提高高強度特厚板力學性能的熱處理工藝，在特厚板的正火過程中增加水冷工序，通過加大正火冷卻速度，降低鋼板的相變溫度，抑制微合金元素碳氮化物的長大，使鋼板強度、塑性及低溫脆性等均得到改善。該工藝主要針對特厚板正火處理，水冷工序主要采用浸入式水槽冷卻，與本發(fā)明涉及的特厚鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法無關(guān)。
[0007]專利CN102115806A公開了一種提高特厚板低溫韌性的熱處理工藝，采用亞溫正火，經(jīng)保溫后出爐空冷，對熱軋態(tài)特厚板進行熱處理，低溫韌性得到大幅提高，而強度下降較低。該工藝主要針對特厚板正火處理，并未涉及本發(fā)明中的特厚鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法。
[0009]上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的:
一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，特厚鋼板輥式淬火過程依次劃分為瞬時快冷階段和持續(xù)快冷階段；瞬時快冷階段是以大于50°C /s的冷速將鋼板近表面區(qū)域降溫至20(T30(TC，并保持這一近表面溫度直至瞬時快冷階段結(jié)束，近表面是指距鋼板表面距離大于等于O且小于1/8H，H為鋼板厚度；并將1/4厚度區(qū)域以大于8X10_3H°C /s的冷速降溫，直至瞬時快冷階段結(jié)束，1/4厚度是指距鋼板表面距離大于等于1/8H且小于1/4H ;持續(xù)快冷階段是將鋼板近心部區(qū)域以臨界冷速降溫，直至持續(xù)快冷階段結(jié)束，近心部是指距鋼板表面距離大于等于1/4H且小于等于1/2H ;并且在鋼板輥式淬火過程中，控制鋼板厚向各位置冷速，實施按工藝路徑冷卻。
[0010]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時冷卻階段對鋼板近表面進行快速冷卻是采用以下方式實現(xiàn):通過上下對稱布置的狹縫噴嘴，上下兩個噴嘴為一組，采用射流沖擊換熱方式，冷卻水射流沖擊高溫鋼板表面；狹縫噴嘴數(shù)量依據(jù)淬火鋼板厚度上限以及設(shè)備供水能力確定，并且不小于2組，單噴嘴流量不小于0.2W，W為鋼板寬度，單噴嘴噴水壓力不小于0.8MPa，通過調(diào)節(jié)鋼板行進速度和狹縫噴嘴噴水量控制鋼板近表面區(qū)域冷速。
[0011]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時冷卻階段鋼板表面溫度保持是采用以下方式實現(xiàn):通過上下對稱布置的多排傾斜射流噴嘴，上下兩個噴嘴為一組，狹縫噴嘴與多排傾斜射流噴嘴沿鋼板運行方向交替布置；多排傾斜射流噴嘴組數(shù)與狹縫噴嘴相等，單噴嘴流量不小于0.08W, W為鋼板寬度，單噴嘴噴水壓力不小于
0.3MPa，通過調(diào)節(jié)鋼板行進速度和多排傾斜射流噴嘴噴水量控制鋼板近表面區(qū)域溫度。
[0012]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時階段對鋼板1/4厚度區(qū)域進行冷卻是采用以下方式計算冷速:將近表面區(qū)域冷速和溫度帶入導熱微分方程中計算鋼板1/4厚度區(qū)域在瞬時快冷階段溫度梯度，通過控制溫度梯度提升鋼板1/4厚度區(qū)域冷速。
[0013]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時階段對距鋼板1/4厚度區(qū)域進行冷卻是采用以下方式實現(xiàn)的:通過上下對稱布置的多角度傾斜射流噴嘴，上下兩個噴嘴為一組，多角度傾斜射流噴嘴與輸送輥道沿鋼板運行方向交替布置。
[0014]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，首先根據(jù)鋼板合金成分和熱物性參數(shù)，利用導熱微分方程計算鋼板臨界冷速，以及鋼板以臨界冷速冷卻時鋼板近表面區(qū)域的目標控制溫度；然后調(diào)節(jié)鋼板行進速度和多角度傾斜射流噴嘴噴水量控制持續(xù)快冷階段鋼板近表面區(qū)域?qū)嶋H控制溫度，使近表面區(qū)域?qū)嶋H控制溫度與目標控制溫度差值的絕對值小于50°C，實施該方法時，多角度傾斜射流噴嘴組數(shù)依據(jù)工藝條件確定，不小于10組，單噴嘴流量不小于0.08W, W為鋼板寬度，單噴嘴噴水壓力不小于0.3MPa。
[0015]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，厚向溫度控制是通過以下方式實現(xiàn)的:通過控制特厚鋼板輥式淬火過程中的行進速度和各噴嘴噴水量，控制鋼板近表面區(qū)域溫度和溫降速度，進而控制鋼板厚向溫度梯度分布，通過控制溫度梯度實現(xiàn)鋼板厚向冷速的控制，實施按淬火工藝給出的冷速冷卻。
[0016]根據(jù)上述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，瞬時快冷階段結(jié)束標志為鋼板1/4厚度區(qū)域溫度小于550°C，持續(xù)快冷階段結(jié)束標志為鋼板近心部區(qū)域溫度小于 200℃。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
1、鋼板心部冷速高:瞬時快冷階段采用瞬時冷卻能力大且冷卻均勻的狹縫噴嘴，快速降低鋼板近表面區(qū)域溫度，形成較大的鋼板厚向溫度梯度，為心部冷速的提高打下基礎(chǔ)；持續(xù)快冷階段采用持續(xù)冷卻能力大的多角度傾斜射流噴嘴，使鋼板近心部區(qū)域以臨界冷速快速降溫，提升了鋼板心部冷速。
[0018]2、鋼板與冷卻水之間換熱效率高:換熱效率取決于鋼板表面換熱系數(shù)和鋼板與冷卻水之間的過冷度，采用的表面溫度保持方法和非表面冷速持續(xù)提高方法將鋼板近表面區(qū)域溫度在淬火過程2/3時間內(nèi)均保持在100°C以上，提高鋼板與冷卻水之間的過冷度，進而提高換熱效率。
[0019]3、鋼板厚向淬火溫度均勻性好:采用表面溫度保持方法和非表面冷速持續(xù)提高方法，抑制鋼板近表面區(qū)域溫度降低速度；采用非表面冷速瞬時提高方法和非表面冷速持續(xù)提高方法，有效提升鋼板近心部溫度降低速度。鋼板近表面區(qū)域溫度降低速度受到抑制，而近心部區(qū)域溫度降低速度得到提高，從整體上提高了鋼板淬火過程中厚向淬火溫度的均勻性。
[0020]4、鋼板淬火過程冷速可控:采用厚向溫度控制方法有效控制鋼板厚向各處冷速，實施按工藝路徑冷卻，有利于鋼板淬火后組織和性能的控制。
[0021]5、生產(chǎn)效率高:由于鋼板淬火過程中整體冷速的提高，淬火生產(chǎn)時間縮短1/3。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明中的鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中的非表面冷速持續(xù)提高方法實施流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本實施例提供本發(fā)明特厚鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法實施過程，如圖1、2所示。
[0024]鋼板12由輸送輥道10運送，依次經(jīng)過瞬時快冷階段I和持續(xù)快冷階段2，完成淬火過程。由于采用連續(xù)輥式淬火方式，鋼板長度方向各處或處在相同的快冷階段，或處在不同的快冷階段，依據(jù)輸送輥道10速度計算鋼板頭部和尾部位置，進而判斷鋼板長度方向各處所處的快冷階段。
[0025]當鋼板處在瞬時快冷階段I時，瞬時快冷階段I采用表面冷速提高方法3將鋼板近表面區(qū)域(近表面是指距鋼板表面距離大于等于O且小于1/8H，H為鋼板厚度)以大于500C /s的冷速降溫至20(T300°C，采用表面溫度保持方法4保持這一近表面溫度直至瞬時快冷階段I結(jié)束，采用非表面冷速瞬時提高方法5將鋼板1/4厚度區(qū)域(1/4厚度是指距鋼板表面距離大于等于1/8H且小于1/4H)以大于8X10_3H°C /s的冷速降溫，直至瞬時快冷階段I結(jié)束，瞬時快冷階段I結(jié)束的標志為鋼板1/4厚度區(qū)域溫度均小于550°C。
[0026]實施表面冷速提高方法3時，通過調(diào)節(jié)鋼板12行進速度和狹縫噴嘴8噴水量控制鋼板近表面區(qū)域冷速，狹縫噴嘴8數(shù)量依據(jù)依據(jù)淬火鋼板厚度上限以及設(shè)備供水能力確定，不小于2組，單噴嘴流量不小于0.2ff (W為鋼板寬度，單位mm)，單噴嘴噴水壓力不小于
0.8MPa ;實施表面溫度保持方法4時，通過調(diào)節(jié)鋼板行進速度和多排傾斜射流噴嘴9噴水量控制鋼板近表面區(qū)域溫度，多排傾斜射流噴嘴9組數(shù)與狹縫噴嘴8相等，單噴嘴流量不小于
0.08W (W為鋼板寬度，單位mm)，單噴嘴噴水壓力不小于0.3MPa ;實施非表面冷速瞬時提高方法5時，通過采用表面冷速提高方法3獲得鋼板在瞬時快冷階段I近表面區(qū)域冷速，通過采用表面溫度保持方法4獲得鋼板在瞬時冷卻階段I近表面區(qū)域溫度，將近表面區(qū)域冷速和溫度帶入導熱微分方程中計算鋼板1/4厚度區(qū)域在瞬時快冷階段I溫度梯度，通過控制溫度梯度提升鋼板1/4厚度區(qū)域冷速。[0027]當鋼板由輸送輥道12運送至持續(xù)快冷階段2時，首先根據(jù)鋼板合金成分13和熱物性參數(shù)14，利用導熱微分方程計算鋼板臨界冷速15，以及鋼板以臨界冷速15冷卻時鋼板近表面區(qū)域的目標控制溫度16 ;然后調(diào)節(jié)鋼板行進速度18和多角度傾斜射流噴嘴噴水量17控制持續(xù)快冷階段2鋼板近表面區(qū)域?qū)嶋H控制溫度19，使近表面區(qū)域?qū)嶋H控制溫度與目標控制溫度差值的絕對值小于50°C 20，該調(diào)節(jié)過程持續(xù)到持續(xù)快冷階段結(jié)束，結(jié)束標志21為鋼板近心部區(qū)域溫度均小于200°C，近心部是指距鋼板表面距離大于等于1/4H且小于等于1/2H。實施該方法時，多角度傾斜射流噴嘴11組數(shù)依據(jù)工藝條件確定，不小于10組，單噴嘴流量不小于0.08W (W為鋼板寬度，單位mm)，單噴嘴噴水壓力不小于0.3MPa。
[0028]鋼板在輥式淬火過程中，采用厚向溫度控制方法7控制鋼板厚向各處冷速，實施按工藝路徑冷卻。該方法實施過程為:通過控制特厚鋼板輥式淬火過程中的行進速度和各噴嘴噴水量，控制鋼板近表面區(qū)域溫度和溫降速度，進而控制鋼板厚向溫度梯度分布，通過控制溫度梯度實現(xiàn)鋼板厚向冷速的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，特厚鋼板輥式淬火過程依次劃分為瞬時快冷階段和持續(xù)快冷階段；瞬時快冷階段是以大于50°c /s的冷速將鋼板近表面區(qū)域降溫至20(T300°C，并保持這一近表面溫度直至瞬時快冷階段結(jié)束，近表面是指距鋼板表面距離大于等于O且小于1/8H，H為鋼板厚度；并將1/4厚度區(qū)域以大于8X 10_3H°C /s的冷速降溫，直至瞬時快冷階段結(jié)束，1/4厚度是指距鋼板表面距離大于等于1/8H且小于1/4H ；持續(xù)快冷階段是將鋼板近心部區(qū)域以臨界冷速降溫，直至持續(xù)快冷階段結(jié)束，近心部是指距鋼板表面距離大于等于1/4H且小于等于1/2H ;并且在鋼板輥式淬火過程中，控制鋼板厚向各處冷速，實施按工藝路徑冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時冷卻階段對鋼板近表面進行快速冷卻是采用以下方式實現(xiàn):通過上下對稱布置的狹縫噴嘴，上下兩個噴嘴為一組，采用射流沖擊換熱方式，冷卻水射流沖擊高溫鋼板表面；狹縫噴嘴數(shù)量依據(jù)淬火鋼板厚度上限以及設(shè)備供水能力確定，并且不小于2組，單噴嘴流量不小于0.2W,W為鋼板寬度，單噴嘴噴水壓力不小于0.8MPa，通過調(diào)節(jié)鋼板行進速度和狹縫噴嘴噴水量控制鋼板近表面區(qū)域冷速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時冷卻階段鋼板表面溫度保持是采用以下方式實現(xiàn):通過上下對稱布置的多排傾斜射流噴嘴，上下兩個噴嘴為一組，狹縫噴嘴與多排傾斜射流噴嘴沿鋼板運行方向交替布置；多排傾斜射流噴嘴組數(shù)與狹縫噴嘴相等，單噴嘴流量不小于0.08W, W為鋼板寬度，單噴嘴噴水壓力不小于0.3MPa,通過調(diào)節(jié)鋼板行進速度和多排傾斜射流噴嘴噴水量控制鋼板近表面區(qū)域溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時階段對鋼板1/4厚度區(qū)域進行冷卻是采用以下方式計算冷速:將近表面區(qū)域冷速和溫度帶入導熱微分方程中計算鋼板1/4厚度區(qū)域在瞬時快冷階段溫度梯度，通過控制溫度梯度提升鋼板1/4厚度區(qū)域冷速。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，在瞬時階段對鋼板1/4厚度區(qū)域進行冷卻是采用以下方式實現(xiàn)的:通過上下對稱布置的多角度傾斜射流噴嘴，上下兩個噴嘴為一組，多角度傾斜射流噴嘴與輸送輥道沿鋼板運行方向交替布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，首先根據(jù)鋼板合金成分和熱物性參數(shù)，利用導熱微分方程計算鋼板臨界冷速，以及鋼板以臨界冷速冷卻時鋼板近表面區(qū)域的目標控制溫度；然后調(diào)節(jié)鋼板行進速度和多角度傾斜射流噴嘴噴水量控制持續(xù)快冷階段鋼板近表面區(qū)域?qū)嶋H控制溫度，使近表面區(qū)域?qū)嶋H控制溫度與目標控制溫度差值的絕對值小于50°C，實施該方法時，多角度傾斜射流噴嘴組數(shù)依據(jù)工藝條件確定，不小于10組，單噴嘴流量不小于0.08W，W為鋼板寬度，單噴嘴噴水壓力不小于0.3MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，厚向溫度控制是通過以下方式實現(xiàn)的:通過控制特厚鋼板輥式淬火過程中的行進速度和各噴嘴噴水量，控制鋼板近表面區(qū)域溫度和溫降速度，進而控制鋼板厚向溫度梯度分布，通過控制溫度梯度實現(xiàn)鋼板厚向冷速的控制，實施按淬火工藝給出的冷速冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼板連續(xù)輥式淬火工藝方法，其特征在于，瞬時快冷階段結(jié)束標志為鋼板1/4厚度區(qū)域溫度小于550°C，持續(xù)快冷階段結(jié)束標志為鋼板近心部區(qū)域溫度小于200 °C。
【文檔編號】C21D9/52GK103834792SQ201410115651
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】付天亮, 王昭東, 李勇, 王超, 韓毅, 李家棟 申請人:東北大學