一种钢板连续辊式淬火工艺方法
【专利摘要】本发明公开了钢板连续辊式淬火工艺方法，包括表面冷速提高方法、表面温度保持方法、非表面冷速瞬时提高方法、非表面冷速持续提高方法和厚向温度控制方法；表面冷速提高方法采用多组狭缝喷嘴，快速提升钢板近表面区域冷速，增大钢板厚向温度梯度；表面温度保持方法采用多排倾斜射流喷嘴，保持钢板近表面温度，通过增大过冷度提升表面换热效率；非表面冷速瞬时提高方法通过控制近表面区域冷速和温度，控制钢板厚向温度梯度，提升钢板1/4厚度区域冷速；非表面冷速持续提高方法采用多角度倾斜射流喷嘴，控制钢板近心部区域以临界速度降温，提升钢板近心部区域冷速。该方法适用于120mm~250mm厚的特厚钢板连续辊式淬火生产。
【专利说明】一种钢板连续辊式淬火工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热处理工艺【技术领域】，涉及一种钢板连续辊式淬火工艺方法。
【背景技术】
[0002]目前，特厚钢板(钢板厚度大于120_)淬火生产主要采用浸入式淬火方式，通过池内冷却水搅拌加速钢板表面对流，实现较快速冷却。这种淬火方式存在如下缺点:一、冷速偏低，钢板浸入式淬火时，表面产生蒸汽膜，隔绝钢板表面与冷却水接触，造成近表面区域冷速偏低，进而钢板厚向温度梯度减小，心部导热能力下降，心部冷速也偏低；二、冷却不均匀，钢板浸入式淬火过程中，因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，同时钢板固定处由于与冷却水不发生接触，存在淬火软点，进一步加剧了钢板表面冷却的不均匀；三、批次稳定性差，冷却介质温度及钢板全长的热交换过程缺乏一致性和重现性；四、淬火过程无法控制，无法通过控制淬火参数，改变钢板表面换热效率，影响钢板近表面至心部的冷速分布，进而控制钢板淬火后组织和性能分布；五、生产效率低下，因换热效率低，单块钢板淬火时间长，且需要吊装，工序繁琐。[0003]随着辊式淬火装备技术的发展，厚度小于120_的钢板也能够实现高强度均匀化辊式淬火，且通过控制喷水形式、水量、压力、辊道速度、辊缝高度等参数，控制钢板淬火过程中的冷速，实现组织性能控制。然而，由于特厚钢板单重大、厚度大(厚度大于120mm)，淬火过程钢板表面换热特性、温降规律、组织演变规律与较薄规格钢板(厚度不大于120mm)差别较大，传统辊式淬火工艺方法不能满足特厚钢板淬火对冷却速率、冷却均匀性等方面的要求。
[0004]现有专利技术中，专利CN202347055U公开了一种特厚钢板热处理系统，由抛丸机组、热处理炉、气雾加速冷却机组、冷床、翻板机、取样剪、成品标志机组成，满足特厚钢板热处理正火、正火+回火、回火及钢种加速冷却等热处理工艺要求。该系统主要针对特厚钢板正火和回火热处理工艺，涉及到冷却，仅采用气雾冷却方式，冷却强度偏低，与本发明特厚钢板连续辊式淬火工艺方法无关。
[0005]专利CN103333996A公开了一种超高强度海工钢E690特厚钢板的淬火工艺，包括淬火机各组喷嘴水量和辊道速度控制，设定上辊系压下量、辊道速度等参数。实施该发明方案后，钢板板形合格率达到95%以上。该工艺是对传统中厚钢板辊式淬火工艺的改良，给出了某一特定钢种淬火冷却工艺，并未针对特厚钢板淬火温降的特点，给出系统的淬火工艺方法，与本发明特厚钢板连续辊式淬火工艺方法无关。
[0006]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，与本发明涉及的特厚钢板连续辊式淬火工艺方法无关。
[0007]专利CN102115806A公开了一种提高特厚板低温韧性的热处理工艺，采用亚温正火，经保温后出炉空冷，对热轧态特厚板进行热处理，低温韧性得到大幅提高，而强度下降较低。该工艺主要针对特厚板正火处理，并未涉及本发明中的特厚钢板连续辊式淬火工艺方法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种钢板连续辊式淬火工艺方法。
[0009]上述目的是通过下述方案实现的:
一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，特厚钢板辊式淬火过程依次划分为瞬时快冷阶段和持续快冷阶段；瞬时快冷阶段是以大于50°C /s的冷速将钢板近表面区域降温至20(T30(TC，并保持这一近表面温度直至瞬时快冷阶段结束，近表面是指距钢板表面距离大于等于O且小于1/8H，H为钢板厚度；并将1/4厚度区域以大于8X10_3H°C /s的冷速降温，直至瞬时快冷阶段结束，1/4厚度是指距钢板表面距离大于等于1/8H且小于1/4H ;持续快冷阶段是将钢板近心部区域以临界冷速降温，直至持续快冷阶段结束，近心部是指距钢板表面距离大于等于1/4H且小于等于1/2H ;并且在钢板辊式淬火过程中，控制钢板厚向各位置冷速，实施按工艺路径冷却。
[0010]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时冷却阶段对钢板近表面进行快速冷却是采用以下方式实现:通过上下对称布置的狭缝喷嘴，上下两个喷嘴为一组，采用射流冲击换热方式，冷却水射流冲击高温钢板表面；狭缝喷嘴数量依据淬火钢板厚度上限以及设备供水能力确定，并且不小于2组，单喷嘴流量不小于0.2W，W为钢板宽度，单喷嘴喷水压力不小于0.8MPa，通过调节钢板行进速度和狭缝喷嘴喷水量控制钢板近表面区域冷速。
[0011]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时冷却阶段钢板表面温度保持是采用以下方式实现:通过上下对称布置的多排倾斜射流喷嘴，上下两个喷嘴为一组，狭缝喷嘴与多排倾斜射流喷嘴沿钢板运行方向交替布置；多排倾斜射流喷嘴组数与狭缝喷嘴相等，单喷嘴流量不小于0.08W, W为钢板宽度，单喷嘴喷水压力不小于
0.3MPa，通过调节钢板行进速度和多排倾斜射流喷嘴喷水量控制钢板近表面区域温度。
[0012]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时阶段对钢板1/4厚度区域进行冷却是采用以下方式计算冷速:将近表面区域冷速和温度带入导热微分方程中计算钢板1/4厚度区域在瞬时快冷阶段温度梯度，通过控制温度梯度提升钢板1/4厚度区域冷速。
[0013]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时阶段对距钢板1/4厚度区域进行冷却是采用以下方式实现的:通过上下对称布置的多角度倾斜射流喷嘴，上下两个喷嘴为一组，多角度倾斜射流喷嘴与输送辊道沿钢板运行方向交替布置。
[0014]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，首先根据钢板合金成分和热物性参数，利用导热微分方程计算钢板临界冷速，以及钢板以临界冷速冷却时钢板近表面区域的目标控制温度；然后调节钢板行进速度和多角度倾斜射流喷嘴喷水量控制持续快冷阶段钢板近表面区域实际控制温度，使近表面区域实际控制温度与目标控制温度差值的绝对值小于50°C，实施该方法时，多角度倾斜射流喷嘴组数依据工艺条件确定，不小于10组，单喷嘴流量不小于0.08W, W为钢板宽度，单喷嘴喷水压力不小于0.3MPa。
[0015]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，厚向温度控制是通过以下方式实现的:通过控制特厚钢板辊式淬火过程中的行进速度和各喷嘴喷水量，控制钢板近表面区域温度和温降速度，进而控制钢板厚向温度梯度分布，通过控制温度梯度实现钢板厚向冷速的控制，实施按淬火工艺给出的冷速冷却。
[0016]根据上述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，瞬时快冷阶段结束标志为钢板1/4厚度区域温度小于550°C，持续快冷阶段结束标志为钢板近心部区域温度小于 200℃。
[0017]本发明的有益效果:
1、钢板心部冷速高:瞬时快冷阶段采用瞬时冷却能力大且冷却均匀的狭缝喷嘴，快速降低钢板近表面区域温度，形成较大的钢板厚向温度梯度，为心部冷速的提高打下基础；持续快冷阶段采用持续冷却能力大的多角度倾斜射流喷嘴，使钢板近心部区域以临界冷速快速降温，提升了钢板心部冷速。
[0018]2、钢板与冷却水之间换热效率高:换热效率取决于钢板表面换热系数和钢板与冷却水之间的过冷度，采用的表面温度保持方法和非表面冷速持续提高方法将钢板近表面区域温度在淬火过程2/3时间内均保持在100°C以上，提高钢板与冷却水之间的过冷度，进而提高换热效率。
[0019]3、钢板厚向淬火温度均匀性好:采用表面温度保持方法和非表面冷速持续提高方法，抑制钢板近表面区域温度降低速度；采用非表面冷速瞬时提高方法和非表面冷速持续提高方法，有效提升钢板近心部温度降低速度。钢板近表面区域温度降低速度受到抑制，而近心部区域温度降低速度得到提高，从整体上提高了钢板淬火过程中厚向淬火温度的均匀性。
[0020]4、钢板淬火过程冷速可控:采用厚向温度控制方法有效控制钢板厚向各处冷速，实施按工艺路径冷却，有利于钢板淬火后组织和性能的控制。
[0021]5、生产效率高:由于钢板淬火过程中整体冷速的提高，淬火生产时间缩短1/3。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明中的钢板连续辊式淬火工艺方法结构示意图；
图2是本发明中的非表面冷速持续提高方法实施流程图。
【具体实施方式】
[0023]本实施例提供本发明特厚钢板连续辊式淬火工艺方法实施过程，如图1、2所示。
[0024]钢板12由输送辊道10运送，依次经过瞬时快冷阶段I和持续快冷阶段2，完成淬火过程。由于采用连续辊式淬火方式，钢板长度方向各处或处在相同的快冷阶段，或处在不同的快冷阶段，依据输送辊道10速度计算钢板头部和尾部位置，进而判断钢板长度方向各处所处的快冷阶段。
[0025]当钢板处在瞬时快冷阶段I时，瞬时快冷阶段I采用表面冷速提高方法3将钢板近表面区域(近表面是指距钢板表面距离大于等于O且小于1/8H，H为钢板厚度)以大于500C /s的冷速降温至20(T300°C，采用表面温度保持方法4保持这一近表面温度直至瞬时快冷阶段I结束，采用非表面冷速瞬时提高方法5将钢板1/4厚度区域(1/4厚度是指距钢板表面距离大于等于1/8H且小于1/4H)以大于8X10_3H°C /s的冷速降温，直至瞬时快冷阶段I结束，瞬时快冷阶段I结束的标志为钢板1/4厚度区域温度均小于550°C。
[0026]实施表面冷速提高方法3时，通过调节钢板12行进速度和狭缝喷嘴8喷水量控制钢板近表面区域冷速，狭缝喷嘴8数量依据依据淬火钢板厚度上限以及设备供水能力确定，不小于2组，单喷嘴流量不小于0.2ff (W为钢板宽度，单位mm)，单喷嘴喷水压力不小于
0.8MPa ;实施表面温度保持方法4时，通过调节钢板行进速度和多排倾斜射流喷嘴9喷水量控制钢板近表面区域温度，多排倾斜射流喷嘴9组数与狭缝喷嘴8相等，单喷嘴流量不小于
0.08W (W为钢板宽度，单位mm)，单喷嘴喷水压力不小于0.3MPa ;实施非表面冷速瞬时提高方法5时，通过采用表面冷速提高方法3获得钢板在瞬时快冷阶段I近表面区域冷速，通过采用表面温度保持方法4获得钢板在瞬时冷却阶段I近表面区域温度，将近表面区域冷速和温度带入导热微分方程中计算钢板1/4厚度区域在瞬时快冷阶段I温度梯度，通过控制温度梯度提升钢板1/4厚度区域冷速。[0027]当钢板由输送辊道12运送至持续快冷阶段2时，首先根据钢板合金成分13和热物性参数14，利用导热微分方程计算钢板临界冷速15，以及钢板以临界冷速15冷却时钢板近表面区域的目标控制温度16 ;然后调节钢板行进速度18和多角度倾斜射流喷嘴喷水量17控制持续快冷阶段2钢板近表面区域实际控制温度19，使近表面区域实际控制温度与目标控制温度差值的绝对值小于50°C 20，该调节过程持续到持续快冷阶段结束，结束标志21为钢板近心部区域温度均小于200°C，近心部是指距钢板表面距离大于等于1/4H且小于等于1/2H。实施该方法时，多角度倾斜射流喷嘴11组数依据工艺条件确定，不小于10组，单喷嘴流量不小于0.08W (W为钢板宽度，单位mm)，单喷嘴喷水压力不小于0.3MPa。
[0028]钢板在辊式淬火过程中，采用厚向温度控制方法7控制钢板厚向各处冷速，实施按工艺路径冷却。该方法实施过程为:通过控制特厚钢板辊式淬火过程中的行进速度和各喷嘴喷水量，控制钢板近表面区域温度和温降速度，进而控制钢板厚向温度梯度分布，通过控制温度梯度实现钢板厚向冷速的控制。
【权利要求】
1.一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，特厚钢板辊式淬火过程依次划分为瞬时快冷阶段和持续快冷阶段；瞬时快冷阶段是以大于50°c /s的冷速将钢板近表面区域降温至20(T300°C，并保持这一近表面温度直至瞬时快冷阶段结束，近表面是指距钢板表面距离大于等于O且小于1/8H，H为钢板厚度；并将1/4厚度区域以大于8X 10_3H°C /s的冷速降温，直至瞬时快冷阶段结束，1/4厚度是指距钢板表面距离大于等于1/8H且小于1/4H ；持续快冷阶段是将钢板近心部区域以临界冷速降温，直至持续快冷阶段结束，近心部是指距钢板表面距离大于等于1/4H且小于等于1/2H ;并且在钢板辊式淬火过程中，控制钢板厚向各处冷速，实施按工艺路径冷却。
2.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时冷却阶段对钢板近表面进行快速冷却是采用以下方式实现:通过上下对称布置的狭缝喷嘴，上下两个喷嘴为一组，采用射流冲击换热方式，冷却水射流冲击高温钢板表面；狭缝喷嘴数量依据淬火钢板厚度上限以及设备供水能力确定，并且不小于2组，单喷嘴流量不小于0.2W,W为钢板宽度，单喷嘴喷水压力不小于0.8MPa，通过调节钢板行进速度和狭缝喷嘴喷水量控制钢板近表面区域冷速。
3.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时冷却阶段钢板表面温度保持是采用以下方式实现:通过上下对称布置的多排倾斜射流喷嘴，上下两个喷嘴为一组，狭缝喷嘴与多排倾斜射流喷嘴沿钢板运行方向交替布置；多排倾斜射流喷嘴组数与狭缝喷嘴相等，单喷嘴流量不小于0.08W, W为钢板宽度，单喷嘴喷水压力不小于0.3MPa,通过调节钢板行进速度和多排倾斜射流喷嘴喷水量控制钢板近表面区域温度。
4.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时阶段对钢板1/4厚度区域进行冷却是采用以下方式计算冷速:将近表面区域冷速和温度带入导热微分方程中计算钢板1/4厚度区域在瞬时快冷阶段温度梯度，通过控制温度梯度提升钢板1/4厚度区域冷速。
5.根据权利要求4所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，在瞬时阶段对钢板1/4厚度区域进行冷却是采用以下方式实现的:通过上下对称布置的多角度倾斜射流喷嘴，上下两个喷嘴为一组，多角度倾斜射流喷嘴与输送辊道沿钢板运行方向交替布置。
6.根据权利要求5所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，首先根据钢板合金成分和热物性参数，利用导热微分方程计算钢板临界冷速，以及钢板以临界冷速冷却时钢板近表面区域的目标控制温度；然后调节钢板行进速度和多角度倾斜射流喷嘴喷水量控制持续快冷阶段钢板近表面区域实际控制温度，使近表面区域实际控制温度与目标控制温度差值的绝对值小于50°C，实施该方法时，多角度倾斜射流喷嘴组数依据工艺条件确定，不小于10组，单喷嘴流量不小于0.08W，W为钢板宽度，单喷嘴喷水压力不小于0.3MPa。
7.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，厚向温度控制是通过以下方式实现的:通过控制特厚钢板辊式淬火过程中的行进速度和各喷嘴喷水量，控制钢板近表面区域温度和温降速度，进而控制钢板厚向温度梯度分布，通过控制温度梯度实现钢板厚向冷速的控制，实施按淬火工艺给出的冷速冷却。
8.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火工艺方法，其特征在于，瞬时快冷阶段结束标志为钢板1/4厚度区域温度小于550°C，持续快冷阶段结束标志为钢板近心部区域温度小于200 °C。
【文档编号】C21D9/52GK103834792SQ201410115651
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】付天亮, 王昭东, 李勇, 王超, 韩毅, 李家栋 申请人:东北大学