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極限規(guī)格熱軋板帶鋼產(chǎn)品熱處理工藝與裝備
發(fā)布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時(shí)間：2016-04-08
超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600代表了目前調(diào)質(zhì)鋼板的最高水平。它們不但要求具有極高的強(qiáng)度，而且要求具有良好的韌塑性、焊接性和板形平直度，生產(chǎn)難度極大。該兩種鋼板主要被應(yīng)用于超大型工程機(jī)械、礦山機(jī)械及水泥化工等裝備的制造。目前世界上僅有瑞典鋼鐵公司（SSAB）可以生產(chǎn)。
1研究背景
我國(guó)是世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，中厚板年產(chǎn)量已達(dá)7000余萬(wàn)噸，中低檔次普通中厚板產(chǎn)品過(guò)剩嚴(yán)重，但與此同時(shí)，我國(guó)部分高端高附加值中厚板產(chǎn)品仍主要依賴進(jìn)口，其中絕大多數(shù)是熱處理產(chǎn)品。國(guó)家已將海洋、交通運(yùn)輸、能源和重大裝備等領(lǐng)域作為我國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)，這些領(lǐng)域?qū)τ诟叨藷崽幚碇泻癜瀹a(chǎn)品在產(chǎn)品性能和規(guī)格方面提出了更高的要求。
目前國(guó)內(nèi)中厚板生產(chǎn)線普遍配備了包含輥底式熱處理爐、周期式爐和淬火機(jī)等較為完備的熱處理裝備，這些裝備最初主要從LOI、DREVER等公司引進(jìn)，絕大多數(shù)具備了生產(chǎn)10-80mm厚熱處理鋼板的能力，部分企業(yè)通過(guò)改進(jìn)和利用自主開(kāi)發(fā)的設(shè)備具備了生產(chǎn)最薄3-5mm淬火鋼板，最厚200mm淬火鋼板的能力，但最大寬度僅限于1800mm，不能滿足工程機(jī)械大型化需求；對(duì)于厚度大于120mm的特厚板國(guó)內(nèi)普遍采用浸入式淬火方式，因表面換熱效率低、冷速可控性差以及厚向截面效應(yīng)無(wú)法滿足高品質(zhì)特厚鋼板熱處理需要。
針對(duì)上述現(xiàn)狀，圍繞高等級(jí)熱處理關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)，開(kāi)發(fā)鋼鐵行業(yè)急需的特厚、超薄極限規(guī)格淬火和極限低溫回火等高端板帶鋼熱處理工藝及裝備技術(shù)，對(duì)于提高我國(guó)中厚板熱處理生產(chǎn)水平具有重要意義。
2研究現(xiàn)狀及進(jìn)展
2.1特厚板傳統(tǒng)浸入式淬火在冷卻強(qiáng)度等方面存在不足，需開(kāi)發(fā)新的淬火裝備和技術(shù)
目前，特厚鋼板（鋼板厚度大于120mm）淬火生產(chǎn)主要采用浸入式淬火方式，通過(guò)池內(nèi)冷卻水?dāng)嚢杓铀黉摪灞砻鎸?duì)流，實(shí)現(xiàn)較快速冷卻。由于攪拌水流速度受淬火池或淬火槽容積及裝置限制，相對(duì)于壁面射流換熱，浸入式淬火冷卻強(qiáng)度偏低，且因攪拌產(chǎn)生的水流速度在池內(nèi)各處不一致，鋼板板面各處冷卻強(qiáng)度分布不均，導(dǎo)致鋼板冷后淬硬層深度及組織分布不均。
目前，厚度120mm以下中厚鋼板普遍采用連續(xù)輥式淬火，鋼板由輥道承載在冷卻區(qū)運(yùn)動(dòng)淬火。因具有冷卻強(qiáng)度大、冷卻均勻、控制精度高、板形好等優(yōu)點(diǎn)，這種淬火裝備（淬火鋼板厚度范圍10-100mm）被德國(guó)LOI、美國(guó)DREVER、日本IHI三家公司壟斷，并對(duì)我國(guó)實(shí)施技術(shù)封鎖。東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在王國(guó)棟院士帶領(lǐng)下，經(jīng)過(guò)多年研究，自主開(kāi)發(fā)成功國(guó)內(nèi)首套輥式淬火裝備，并推廣至太鋼、寶鋼、南鋼等企業(yè)，淬火鋼板厚度拓展至4-120mm。
盡管常規(guī)連續(xù)輥式淬火與浸入式淬火相比優(yōu)勢(shì)明顯，但因高壓段太短，低壓段冷卻能力不足，隨著鋼板厚度增加（>120mm），心部冷速和厚向截面效應(yīng)成為兩個(gè)不可逾越的技術(shù)瓶頸，因無(wú)法調(diào)和表面換熱與內(nèi)部導(dǎo)熱的平衡關(guān)系，常規(guī)連續(xù)輥式淬火無(wú)法滿足特厚板對(duì)心部冷速和厚向組織均勻性的需求，進(jìn)一步限制了其在特厚板熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
綜上所述，傳統(tǒng)浸入式淬火已不能滿足高品質(zhì)特厚板熱處理生產(chǎn)及研發(fā)需要，需要開(kāi)發(fā)新的特厚板淬火工藝技術(shù)及裝備，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)特厚板生產(chǎn)企業(yè)特厚鋼板高效能、低成本、減量化熱處理生產(chǎn)。
2.2薄規(guī)格鋼板淬火技術(shù)需在穩(wěn)定性、減少內(nèi)部應(yīng)力等方面進(jìn)一步開(kāi)展研究
高強(qiáng)度極薄調(diào)質(zhì)鋼板是大型裝備制造的基礎(chǔ)材料。這類(lèi)鋼板淬火敏感性高，寬厚比大，淬火后易瓢曲，且強(qiáng)度高難以矯正，板形問(wèn)題是制約其應(yīng)用的瓶頸，也是公認(rèn)的國(guó)際性難題。
相對(duì)于常規(guī)中厚板來(lái)說(shuō)，薄規(guī)格板材淬火過(guò)程中高冷卻強(qiáng)度較易實(shí)現(xiàn)，但在冷卻均勻性方面要求極為苛刻。目前極薄鋼板淬火均采用氣霧冷卻、風(fēng)冷及小流量水冷等“較低冷速”淬火策略。但在薄板淬火實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，鋼板表面水流/氣流呈現(xiàn)出無(wú)序性及不可控性，淬火條件的微小變化極易對(duì)冷卻介質(zhì)的流動(dòng)特性及換熱特性帶來(lái)擾動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)全板面溫降、相變的協(xié)同作用，極易造成薄板淬火板形缺陷。為此，東北大學(xué)通過(guò)采用極限冷速對(duì)高溫鋼板進(jìn)行“瞬間凍結(jié)”，實(shí)現(xiàn)了5（4）-10mm 板材淬火良好板形，取得了技術(shù)突破，并已經(jīng)在南鋼、漣鋼、新余、湘鋼（改造原設(shè)備）、酒鋼等10余家企業(yè)得到了應(yīng)用。
因此，針對(duì)性開(kāi)展極薄鋼板極限冷速瞬間淬火過(guò)程高效均勻換熱機(jī)理及溫度、應(yīng)力、相變耦合變化規(guī)律的研究，系統(tǒng)解決淬火過(guò)程板形高平直度控制的難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)滿足工程機(jī)械行業(yè)的需要生產(chǎn)最薄3mm高品質(zhì)高強(qiáng)薄板，具有重要意義。
2.3 極限低溫回火技術(shù)對(duì)提高超高強(qiáng)鋼板的性能穩(wěn)定性意義重大
鋼板熱處理過(guò)程中良好板形及性能的均勻性與爐溫的控制精度有直接的關(guān)系，一般要求偏差小于±5℃，對(duì)于低合金耐磨鋼、超高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼等高端產(chǎn)品的回火工藝過(guò)程，一般要求爐溫在300℃以下，回火過(guò)程對(duì)溫度的變化較為敏感，因此用于此類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)的回火爐低溫溫度均勻性和控制精度要求非常高。
目前國(guó)內(nèi)鋼廠的回火爐大部分采用脈沖加熱方式，只能在300℃以上工作時(shí)達(dá)到±10℃左右的溫度精度。爐溫在300℃以下時(shí)，溫度均勻性和控制精度都無(wú)法保證，偏差達(dá)20-30℃以上，因此會(huì)經(jīng)常造成低溫回火板材的性能、質(zhì)量波動(dòng)，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。常規(guī)回火爐的這種缺陷是由其設(shè)備結(jié)構(gòu)本身所決定的，無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備改造和特殊控制技術(shù)的使用來(lái)解決。
因此，研制與開(kāi)發(fā)新型高精度低溫回火爐對(duì)提升國(guó)內(nèi)熱處理裝備技術(shù)水平、穩(wěn)定高品質(zhì)特殊鋼的生產(chǎn)意義重大。
3關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)容
3.1 熱處理裝備研制
3.1.1特厚板輥式淬火機(jī)
特厚鋼板專(zhuān)用連續(xù)輥式淬火機(jī)，配備噴水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、輸送輥道系統(tǒng)和框架提升系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)120-250mm厚鋼板高強(qiáng)度均勻化淬火。噴水系統(tǒng)分高壓噴嘴和中壓噴嘴，沿輸送輥道在輥道縫隙間上下對(duì)稱(chēng)布置，上噴嘴和上輥道固定在移動(dòng)框架上，下噴嘴和下輥道固定在固定框架上；供水系統(tǒng)分高壓供水系統(tǒng)和中壓供水系統(tǒng)，分別向高壓噴嘴和中壓噴嘴供水，供水系統(tǒng)管路上設(shè)置開(kāi)閉閥、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥，用于控制供水管路通斷和管路內(nèi)水流量；輸送輥道系統(tǒng)由上輥道、下輥道、萬(wàn)向接軸、傳動(dòng)電機(jī)、變頻器和編碼器組成，精確控制鋼板行進(jìn)速度；框架提升系統(tǒng)由高壓段固定框架、高壓段移動(dòng)框架、中壓段固定框架、中壓段移動(dòng)框架以及移動(dòng)框架提升系統(tǒng)組成，固定框架固定在地面上，移動(dòng)框架由提升系統(tǒng)帶動(dòng)，按一定速度上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輥道縫隙調(diào)節(jié)。
研制的特厚鋼板連續(xù)輥式淬火機(jī)與現(xiàn)有特厚鋼板淬火裝備相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)。
1）采用整體超寬狹縫式噴嘴（簡(jiǎn)稱(chēng)狹縫噴嘴）作為高壓噴嘴，采用多排整體傾斜式高密?chē)娮欤ê?jiǎn)稱(chēng)高密I型噴嘴）和多角度傾斜射流噴嘴（簡(jiǎn)稱(chēng)高密II型噴嘴）作為中壓噴嘴。高壓噴嘴瞬時(shí)冷卻強(qiáng)度大，鋼板寬向冷卻均勻，可以在較短時(shí)間內(nèi)迅速降低特厚鋼板近表面區(qū)域溫度，形成較大的厚向溫度梯度，便于心部熱量向表面?zhèn)鬟f；中壓噴嘴持續(xù)冷卻能力強(qiáng)，能夠在不過(guò)分降低鋼板表面溫度的前提下，保持較大的鋼板厚向溫度梯度，持續(xù)較快速降低鋼板心部溫度，提高心部冷速。
2）淬火冷卻系統(tǒng)高壓淬火區(qū)內(nèi)狹縫噴嘴和高密I型噴嘴交錯(cuò)布置，避免因鋼板近表面始終維持在較低溫度造成的鋼板表面與冷卻水之間的過(guò)冷度小，提高了換熱效率。
3）供水系統(tǒng)采用供水壓力和流量雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)各種不同類(lèi)型噴嘴噴水流量和噴水壓力精確控制，縮短噴水流量和壓力的調(diào)節(jié)時(shí)間，擴(kuò)大冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)范圍，提升了特厚鋼板連續(xù)輥式淬火機(jī)自動(dòng)控制水平，使操作更靈活、簡(jiǎn)便。
4）輸送輥道系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)渡輥、壓輥、螺旋輥、小徑輥、框架間過(guò)渡輥和大徑輥6種輥道，采用不同材質(zhì)、輥徑、輥身結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)鋼板快速出爐、擋水、快速排水、表面冷卻殘水流量分區(qū)、框架間過(guò)渡等功能，提升了鋼板運(yùn)動(dòng)換熱、殘水清除、單向運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)等功能的控制精度。
5）框架提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)高壓淬火區(qū)框架提升系統(tǒng)和中壓淬火區(qū)框架提升系統(tǒng)兩套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各淬火區(qū)輥道縫隙單獨(dú)可調(diào)，在單獨(dú)使用高壓淬火區(qū)或中壓淬火區(qū)時(shí)，其他不投入使用的淬火區(qū)上框架提升至非工作位，避免因高溫鋼板烘烤而產(chǎn)生上噴嘴變形，延長(zhǎng)噴嘴使用壽命。
3.1.2 高精度低溫回火爐
新型高精度低溫回火爐，實(shí)現(xiàn)100-650℃高精度中低溫回火，用于屈服強(qiáng)度大于1GPa超高強(qiáng)鋼板的回火熱處理?；鼗馉t采用強(qiáng)制對(duì)流加熱技術(shù)，加熱過(guò)程中高速的爐氣直接沖擊金屬進(jìn)行加熱，輔以特殊的爐型結(jié)構(gòu)將與鋼板熱交換過(guò)的爐氣回收加熱，形成爐內(nèi)氣流的高速循環(huán)。與傳統(tǒng)回火爐相比該爐型傳熱效率更高、加熱溫度更均勻，可達(dá)±3℃以內(nèi)，具備爐內(nèi)壁溫度低，可大幅降低燃料消耗等優(yōu)勢(shì)。此外，開(kāi)發(fā)的熱處理爐改善爐襯工作條件，爐子熱惰性小，升、降溫靈活，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
1）強(qiáng)制對(duì)流加熱條件下傳熱機(jī)理研究
針對(duì)強(qiáng)制對(duì)流加熱的技術(shù)特點(diǎn)，研究不同溫度下?tīng)t內(nèi)熱交換過(guò)程和強(qiáng)制對(duì)流加熱條件下板帶的加熱規(guī)律，確定新型熱風(fēng)循環(huán)加熱低溫回火爐的傳熱機(jī)理和數(shù)學(xué)計(jì)算方法。
2）均勻化強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)加熱系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化
利用有限元模擬仿真爐氣導(dǎo)流、均流系統(tǒng)，分析裝備結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣流壓力和流量等對(duì)均流的影響，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)熱空氣均勻化分配，進(jìn)而優(yōu)化爐內(nèi)熱空氣導(dǎo)流、均流裝備結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)加熱系統(tǒng)最優(yōu)化加熱。
3）強(qiáng)制對(duì)流沖擊加熱控制
研究適用于強(qiáng)制對(duì)流沖擊加熱技術(shù)的控制模型，建立新型高精度低溫回火爐全自動(dòng)智能控制系統(tǒng)，以及實(shí)現(xiàn)溫度精確控制，滿足高性能鋼材高品質(zhì)、高效率、低能耗、低成本生產(chǎn)的需要。
新型高精度低溫回火爐工藝技術(shù)復(fù)雜，加熱過(guò)程控制難度大。開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于熱流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、爐氣均流裝置的設(shè)計(jì)及其沿爐長(zhǎng)方向的合理布置。解決這些技術(shù)難點(diǎn)需要高水平的流體力學(xué)和傳熱學(xué)技術(shù)，國(guó)外相關(guān)廠家將其視為核心關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)我國(guó)進(jìn)行封鎖。因此，如何設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出最優(yōu)的大型強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)加熱系統(tǒng)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心專(zhuān)利技術(shù)的工藝控制技術(shù)是本課題擬解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。
3.2 高等級(jí)鋼板熱處理工藝及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)
3.2.1 極限薄鋼板（3-10 mm）高平直度淬火工藝開(kāi)發(fā)
薄規(guī)格板材均勻化淬火工藝技術(shù)是鋼板淬火領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)，具有重要的實(shí)用價(jià)值，但因其對(duì)淬火過(guò)程的冷卻均勻性要求極高，冷卻過(guò)程影響因素眾多，對(duì)淬火設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝參數(shù)非常敏感，淬火過(guò)程的板形控制難度很大。
相對(duì)于常規(guī)中厚板來(lái)說(shuō)，薄規(guī)格板材淬火過(guò)程中高冷卻強(qiáng)度較易實(shí)現(xiàn)，但在冷卻均勻性方面要求極為苛刻。這里主要在淬火系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)、流量分布、淬火運(yùn)行速度及鋼板自身?xiàng)l件等方面分析對(duì)冷卻均勻性的影響。
薄規(guī)格板材淬火后殘余應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，鋼板即出現(xiàn)失穩(wěn)屈曲，按照板材的彈性屈曲理論，在理想彈性狀態(tài)下，板材的臨界屈曲應(yīng)力為：
KEπ（t/b）2
σcr=——————
12（1-ν）2
式中，σcr－臨界屈曲應(yīng)力；K－臨界屈曲應(yīng)力系數(shù)；t－鋼板厚度；b－鋼板寬度；ν－材料泊松比。
從臨界屈曲應(yīng)力的計(jì)算公式可以看出，淬火鋼板厚度越薄，寬度越寬，臨界屈曲應(yīng)力越小，越容易發(fā)生對(duì)冷卻均勻性極為敏感的淬火變形。故薄規(guī)格寬幅鋼板的輥式淬火板形控制過(guò)程是研究中厚板淬火變形問(wèn)題的難點(diǎn)。
1）關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)稱(chēng)性冷卻技術(shù)
薄規(guī)格鋼板對(duì)冷卻系統(tǒng)的均勻性更為敏感，其中鋼板上下表面的對(duì)稱(chēng)性冷卻對(duì)板形有重要的影響。鋼板淬火過(guò)程中的對(duì)稱(chēng)性冷卻可以理解為兩個(gè)方面，首先在單側(cè)的冷卻區(qū)域內(nèi)的均勻冷卻，考慮到鋼板是連續(xù)式通過(guò)淬火區(qū)域，在單個(gè)噴嘴參數(shù)調(diào)整方面主要考慮鋼板寬向的冷卻均勻性；其次，淬火過(guò)程中保證鋼板上下表面冷卻區(qū)域內(nèi)冷卻強(qiáng)度的對(duì)稱(chēng)性。
單個(gè)噴嘴的機(jī)械參數(shù)調(diào)節(jié)主要有射流角度、縫隙寬度和噴嘴距鋼板表面的位置參數(shù)，如圖1所示。
 假設(shè)在理想的條件下，上下縫隙噴嘴水平度、狹縫開(kāi)口度均勻一致、完全對(duì)稱(chēng)、上下縫隙到鋼板上下表面的距離完全相等（輥縫完全等于鋼板厚度）、上下水幕面與鋼板表面形成的二面角完全相等。在噴射速度快、壓力高的條件下，忽略重力對(duì)射流射線的影響，則上下縫隙噴嘴入射點(diǎn)應(yīng)該是對(duì)稱(chēng)的，即鋼板在同一個(gè)鉛垂面上，由于鋼板薄，縫隙噴嘴水量大，淬透性強(qiáng)，即僅縫隙噴嘴就將鋼板溫度降至馬氏體相變溫度點(diǎn)以下。當(dāng)上下淬火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)時(shí)，先噴射到鋼板上的水幕會(huì)造成單面淬透現(xiàn)象，宏觀表現(xiàn)形式為淬火后鋼板始終呈現(xiàn)頭尾上翹或下扣，因此，不管如何極端設(shè)定控制噴嘴水量、水量比和輥道速度參數(shù)，也無(wú)法改變超薄規(guī)格鋼板淬火后板形的變化總趨勢(shì)。
在實(shí)際過(guò)程中，要確保對(duì)稱(chēng)的距離參數(shù)及角度參數(shù)相等，而且要確保噴嘴沿鋼板寬度方向的兩側(cè)均保持一致，即確保上下噴嘴噴射水線的三維對(duì)稱(chēng)精度。此外，淬火機(jī)輥道平直度控制和調(diào)節(jié)很重要，下部輥道應(yīng)水平，鋼板應(yīng)沿中心線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，上輥道的中心線應(yīng)與下輥道的中心線在一條基準(zhǔn)線上，不能發(fā)生偏移，特別要注意輥道正確找平，尤其是高壓噴嘴區(qū)的輥道，否則鋼板通過(guò)該區(qū)時(shí)極易發(fā)生變形不能保持平整。
2）關(guān)鍵工藝參數(shù)高精度控制技術(shù)
水量參數(shù)是滿足低合金高強(qiáng)度鋼板淬后組織和性能的重要工藝參數(shù)，也是保證薄規(guī)格鋼板均勻性冷卻的決定性因素。冷卻水量對(duì)淬火冷卻過(guò)程鋼板表面換熱系數(shù)有一定的影響。隨著冷卻水量的增加，鋼板表面換熱系數(shù)逐漸增加。達(dá)到一定水量后，水量增加對(duì)換熱能力的提高效果不明顯。
淬火過(guò)程鋼板上下表面的水量比是板形宏觀翹曲變形的決定因素。射流沖擊換熱過(guò)程中，鋼板上表面受殘留水影響，而下表面冷卻水由于重力作用自然下落，故上下水量比小于1，一般在0.6-0.9左右。鋼板在淬火過(guò)程中，若水量比設(shè)定小于實(shí)際需要的設(shè)定值時(shí)，鋼板上表面冷卻速度大于下表面，先行淬火的鋼板頭部略向下凹曲，產(chǎn)生向上的翹曲變形。變形量很大時(shí)，鋼板頭部的上翹將受到上排輥道的反作用力。隨著淬火進(jìn)程的繼續(xù)，鋼板出現(xiàn)向上的中凸翹曲變形，導(dǎo)致淬火后鋼板上凸。
鋼板在輥式淬火機(jī)內(nèi)的運(yùn)行速度快慢，直接影響了鋼板在高壓冷卻區(qū)的淬火時(shí)間。同時(shí)，淬火運(yùn)行速度對(duì)淬后鋼板板形也有一定的影響。淬火過(guò)程鋼板上下表面水量設(shè)置有一定的比例關(guān)系，下水量大于上水量，尤其高壓冷卻區(qū)的水量比對(duì)板形的影響最為明顯，當(dāng)設(shè)定比例不合適時(shí)，輥速的減慢會(huì)擴(kuò)大水量比對(duì)其板形的影響。輥速的降低，高壓段的冷卻時(shí)間增長(zhǎng)，相當(dāng)于增加了下表面的冷卻強(qiáng)度，因此在板形控制過(guò)程中，輥速在某種程度上相當(dāng)于水量比的影響。當(dāng)鋼板速度增加，鋼板在高壓淬火區(qū)時(shí)間將越少。鋼板高壓區(qū)淬火時(shí)間減少將顯著影響鋼板上表面，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)瓢曲變形。
3）鋼板自身?xiàng)l件對(duì)均勻冷卻的影響
鋼板自身?xiàng)l件是指板溫、板形、表面質(zhì)量等，它們對(duì)鋼板冷卻均勻程度有著重要影響。
如果鋼板表面存在氧化鐵皮，由于其與鋼的導(dǎo)熱系數(shù)不同，將降低水的冷卻效果；氧化鐵皮的不均勻分布，導(dǎo)致鋼板不均勻冷卻。鋼板表面存在麻點(diǎn)或其他缺陷，也將對(duì)鋼板的冷卻均勻性帶來(lái)不利影響。在某種特定的淬火工況條件下，隨著氧化鐵皮厚度的增加，鋼板表面綜合對(duì)流換熱系數(shù)呈急劇下降趨勢(shì)，當(dāng)氧化鐵皮厚度為0.2mm左右時(shí)，表征鋼板淬火過(guò)程熱交換速率的對(duì)流換熱系數(shù)降為正常過(guò)程的1/3。所以，淬火鋼板的氧化鐵皮分布情況也就直接影響到冷卻過(guò)程的均勻性。為了保證薄規(guī)格鋼板淬火過(guò)程的表面均勻性及上下表面的高度對(duì)稱(chēng)性，嚴(yán)格控制氧化鐵皮的含量是必要的。拋丸機(jī)的質(zhì)量直接關(guān)系到拋丸后鋼板的表面質(zhì)量，若拋丸及清掃不徹底，將氧化鐵皮帶入爐內(nèi)，很容易造成爐底輥結(jié)瘤，不僅劃傷鋼板表面，而且結(jié)瘤清理困難。因此拋丸質(zhì)量的好壞是影響產(chǎn)品表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。
淬火前板溫的不均勻直接決定了淬火開(kāi)始溫度的差異，在整個(gè)淬火過(guò)程中由于不同的組織變化帶來(lái)不同程度的鋼板變形。這點(diǎn)對(duì)薄板淬火過(guò)程尤為重要，一般來(lái)說(shuō)同板溫差需小于5℃。如果淬火前鋼板存在著浪形和翹曲，那將會(huì)嚴(yán)重地破壞鋼板的均勻冷卻，因?yàn)殇摪宀黄奖匾鹄鋮s水分布不均勻。無(wú)論采用什么樣的厚度和板形控制技術(shù)，所軋制產(chǎn)品總是要存在同板差和板凸度的。同板差的存在會(huì)引起板長(zhǎng)方向和板厚方向的不均勻冷卻；板凸度的存在會(huì)引起板寬方向和板厚方向的不均勻冷卻。一般來(lái)說(shuō)，鋼板兩邊部存在壓應(yīng)力，加上冷卻不均勻引起的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，就會(huì)誘發(fā)鋼板變形。因此，尤其對(duì)薄規(guī)格鋼板來(lái)說(shuō)，要盡可能控制及消除軋制、拋丸等工藝過(guò)程板形的變化。
3.2.2特厚鋼板（120-250 mm）極限冷速淬火工藝開(kāi)發(fā)
厚度小于120mm特厚板，高溫區(qū)（900-600℃）表面冷速增大對(duì)心部冷速提升較明顯，因此，高溫區(qū)采用冷卻能力較強(qiáng)的縫隙噴嘴，快速降低鋼板表面至1/4處溫度，強(qiáng)化心部導(dǎo)熱，提升整體厚向平均冷速，進(jìn)而提高厚向組織均勻性。由于縫隙噴嘴過(guò)后鋼板表面溫度迅速降低至終冷溫度，在縫隙噴嘴之間設(shè)計(jì)冷卻能力相對(duì)較小的高密?chē)娮?，維持心表溫差，在不影響厚向溫度梯度的前提下節(jié)約不必要的冷卻能力。中溫區(qū)冷速對(duì)厚度小于120mm特厚板心部冷速影響不大，采用相對(duì)較低壓力、較小流量的高密?chē)娮?，僅維持鋼板內(nèi)部導(dǎo)熱處于上限值，不過(guò)度增加表面冷速，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)降低鋼板心部溫度。
在表面冷卻強(qiáng)度達(dá)到一定值（例如150mm，80℃/s）后，厚度大于120mm特厚板心部導(dǎo)熱已近上限值，表面冷速變化對(duì)心部冷速影響不明顯，進(jìn)一步加大表面冷速作用不大。而心部至表面的導(dǎo)熱能力更多取決于材料本身熱物性參數(shù)，表面冷速只要維持鋼板厚向溫度梯度，即表面溫度維持到一定值（120℃左右）即可。因此，僅采用冷卻能力相對(duì)較弱的高密快冷噴嘴，維持一定的冷卻能力。為增加方案的可靠性，鋼板快速進(jìn)入到冷卻區(qū)，先以較高水壓、較大流量較快速降低鋼板近表面至1/4處溫度，再調(diào)整水壓和流量，以相對(duì)較低的冷卻強(qiáng)度進(jìn)一步維持心部導(dǎo)熱上限值與表面換熱的平衡，持續(xù)降低整體溫度。
3.2.3 超高強(qiáng)結(jié)構(gòu)用鋼、耐磨鋼的研制
超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600代表了目前調(diào)質(zhì)鋼板的最高水平。它們不但要求具有極高的強(qiáng)度，而且要求具有良好的韌塑性、焊接性和板形平直度，生產(chǎn)難度極大。該兩種鋼板主要被應(yīng)用于超大型工程機(jī)械、礦山機(jī)械及水泥化工等裝備的制造。目前世界上僅有瑞典鋼鐵公司（SSAB）可以生產(chǎn)。
兩種鋼板的主要力學(xué)性能指標(biāo)要求為：
Q1300：RP0.2≥1300MPa，1400MPa≤Rm≤1700MPa，A≥8%，KV2（-40℃）≥27J；NM600：570≤HBW≤640，KV2（-20℃）≥20J。
其研究?jī)?nèi)容主要包括：1）超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的成分設(shè)計(jì)；2）超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的熱軋—冷卻—熱處理一體化組織性能控制技術(shù)研究；3）工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中鑄坯的低/無(wú)缺陷控制技術(shù)，包括鑄坯的低夾雜物控制技術(shù)、防開(kāi)裂控制技術(shù)、防氧化控制技術(shù)等；4）大寬幅高內(nèi)應(yīng)力薄規(guī)格鋼板（4-10mm）軋制、熱處理過(guò)程中的板形控制技術(shù)研究；5）超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的焊接技術(shù)研究；6）超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的抗延遲斷裂性能研究；7）超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的切削加工技術(shù)研究。
這兩種鋼的研制，將帶動(dòng)調(diào)質(zhì)鋼從冶煉到熱處理的整體技術(shù)發(fā)展，并形成一整套熱軋—冷卻—熱處理一體化組織性能控制技術(shù)。
4預(yù)期效果
圍繞高等級(jí)熱處理關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)，通過(guò)4年時(shí)間開(kāi)發(fā)成功如下關(guān)鍵技術(shù)與裝備并形成示范線：1）淬火厚度為3-10mm 極薄規(guī)格淬火關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備；2）100-250mm 特厚規(guī)格鋼板淬火關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備；3）大型板帶鋼低溫高精度回火裝備技術(shù)，最低回火溫度為100℃；4）超高強(qiáng)結(jié)構(gòu)用鋼（Max 1300MPa）、耐磨鋼（ Max HB600）高端熱處理工藝技術(shù)及產(chǎn)品。從而實(shí)現(xiàn)極限規(guī)格熱處理裝備、工藝技術(shù)及產(chǎn)品的創(chuàng)新突破。
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