1中厚板熱處理生產(chǎn)線新型冷卻技術(shù)的發(fā)展

　　P20中厚板軋機(jī)或?qū)Ｓ?a href="http://volksgarden.cn/chanpin/80.html">42CrMo中厚板熱處理線生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)中厚板，所使用的原料性能在熱機(jī)軋制中設(shè)定。而熱處理線上，對(duì)軋制鋼板進(jìn)行再加熱，精準(zhǔn)冷卻之后，再做回火處理。

　　冷卻工藝是決定材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從20世紀(jì)50年代開始，中厚板軋機(jī)廣泛采用U型管層流冷卻系統(tǒng)，隨著原材料的不斷發(fā)展，對(duì)冷卻速率和冷卻靈活性要求大大提高，同時(shí)也促進(jìn)了夾送輥噴霧冷卻系統(tǒng)的發(fā)展。21世紀(jì)初，噴淋和層流相結(jié)合的冷卻方式發(fā)展成了最先進(jìn)的冷卻技術(shù)。

　　然而，優(yōu)質(zhì)原材料要求精確地對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整設(shè)定，這項(xiàng)工作只能通過熱處理線實(shí)現(xiàn)。從20世紀(jì)60年代開始，在板材冷卻的熱處理線上，采用了高壓低壓分段結(jié)構(gòu)的輥式淬火裝置，但這一措施只涉及少數(shù)工藝過程，主要是驟冷法。

　　SMS集團(tuán)吸取了中厚板行業(yè)噴霧冷卻技術(shù)的豐富經(jīng)驗(yàn)，成功開發(fā)出了基于MultiFlex-Quench冷卻技術(shù)的新型撓性熱處理冷卻系統(tǒng)(見圖1)。

　　隨著該新型冷卻系統(tǒng)的問世，為中厚板熱處理線提供了寬廣的冷卻速率和冷卻模式，而且大幅度提高了鋼板的平整度。

2多選項(xiàng)大范圍靈活多變的冷卻方式

　　由于鋼板冷卻選項(xiàng)多種多樣，并結(jié)合夾送輥之間的鋼板液壓夾緊作用，加上MultiFlex-Quench工藝技術(shù)的投入使用，所生產(chǎn)的產(chǎn)品柔性好、品種多、平整度高。根據(jù)擬軋制鋼板的寬度，將冷卻集管沿寬度方向分成幾個(gè)分區(qū)，并按照買方需求以及生產(chǎn)程序，開發(fā)設(shè)計(jì)了多種選項(xiàng)，擴(kuò)大了MultiFlex-Quench技術(shù)的使用范圍，在三個(gè)或四個(gè)分段中成對(duì)設(shè)置冷卻集管，靈活控制分段中的分區(qū)，更加精準(zhǔn)地調(diào)整冷卻范圍，調(diào)整范圍可精確到1/60的冷卻分區(qū)，冷卻速率更加寬泛。

　　在基本冷卻階段，冷卻集管分段布置，低壓系統(tǒng)供水冷卻，該系統(tǒng)可控制固溶退火后碳化物析出的高合金鋼，對(duì)裂紋敏感的工具鋼也有一定的控制作用。每一分區(qū)最多配置八對(duì)帶噴嘴的冷卻集管，低壓范圍內(nèi)的水壓為2bar。按照工廠配置，每個(gè)分區(qū)供水量可高達(dá)7300m3/h。

　　在部分分區(qū)中，可采用獨(dú)立的冷卻水回路，在高水量高壓力作用下，根據(jù)需要并按照客戶要求的配置控制冷卻集管，該冷卻模式對(duì)延展性好的耐磨鋼以及高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼尤為有效。依照原材料質(zhì)量，壓力等級(jí)可達(dá)5.5bar，在某些情況下甚至可以達(dá)到8bar。因此，在高壓分區(qū)內(nèi)，供水量可高達(dá)5800m3/h。同時(shí)，還可以隨時(shí)將高壓供水分區(qū)切換到低壓供水下運(yùn)行。

　　如果表面硬度需滿足極限值要求，也可以在淬火入口段安裝開槽噴嘴(水幕噴頭)，盡可能提高冷卻速率。特殊熱處理鋼采用高冷卻速率，以便提高耐磨性和低溫狀態(tài)下的延展性。將開槽噴嘴與高壓段的水回路耦合，在特短時(shí)間段內(nèi)冷卻水量即可達(dá)到2200m3/h，從而實(shí)現(xiàn)效率高均勻性好的冷卻過程。

　　處理裂紋敏感性工具鋼時(shí)，可以給MultiFlex-Quench系統(tǒng)配備一套獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，以便處理水量要求最低以及敏感性高的冷卻過程。通過這項(xiàng)綜合冷卻模型，系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地執(zhí)行所要求的冷卻速率和冷卻模式，從而大大縮短無(wú)風(fēng)狀態(tài)下或壓縮空氣中冷卻原材料所需的平均冷卻時(shí)間，確保實(shí)現(xiàn)1.3K/s的冷卻速度，并進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)定，采用自動(dòng)化系統(tǒng)決定冷卻水需求量，并確認(rèn)其為二級(jí)冷卻方式。

　　所有冷卻集管均能執(zhí)行大面積的冷卻過程，并且噴嘴配置得當(dāng)合理、冷卻集管結(jié)構(gòu)優(yōu)美完善，從而使MultiFlex-Quench技術(shù)為中厚板熱處理生產(chǎn)線提供了更加靈活、均勻、高效的冷卻技術(shù)。

3機(jī)械設(shè)備

　　通過使用帶導(dǎo)輥的主動(dòng)液壓夾緊裝置，保證了所生產(chǎn)的鋼板具有最好的平整度，尤其是薄板的平整度。采用多對(duì)工作輥引導(dǎo)并夾緊鋼板，成對(duì)或者單獨(dú)驅(qū)動(dòng)工作輥，每個(gè)分段均采用四缸驅(qū)動(dòng)，壓力可達(dá)100t。液壓夾緊控制裝置由位置和夾緊力兩部分控制系統(tǒng)組成，人機(jī)界面(HMI)上顯示位置和當(dāng)前夾緊力。

　　如果超過最大夾緊力設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)安全功能，自動(dòng)打開夾緊輥，防止對(duì)機(jī)械設(shè)備造成損壞。例如，在冷卻過程中，板材的超應(yīng)力可能引起超限現(xiàn)象，因此，可以通過液壓夾緊力確定淬火變形時(shí)間，之后，將資料信息傳至二級(jí)系統(tǒng)。

4快速自適應(yīng)冷卻速度型轉(zhuǎn)換分段

　　MultiFlex-Quench系統(tǒng)在入口段設(shè)一對(duì)幕簾，可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速冷卻，入口段之后有四個(gè)分段，每個(gè)分段設(shè)有6-8對(duì)冷卻集管，見圖2。

　　MultiFlex-Quench系統(tǒng)第一分段的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能在高低壓兩種情況下運(yùn)行，根據(jù)各自的產(chǎn)品組合要求，還可以在淬火中設(shè)計(jì)更多可轉(zhuǎn)換的分段。另外，每個(gè)冷卻集管都配置了低冷卻速率條件下可立即啟動(dòng)的噴嘴。

5在線模型

　　該技術(shù)的核心是復(fù)雜的在線熱基冷卻過程模型，模型涵蓋范圍很廣，可以以目標(biāo)值的方式設(shè)定中厚板不同的機(jī)械性能組合。采用成熟的二級(jí)物理在線模型，如SMS冷卻模型，確保其能精準(zhǔn)控制工藝過程。工廠控制的關(guān)鍵目標(biāo)變量是機(jī)械性能(或微觀結(jié)構(gòu))、能源效率和鋼板平整度。此外，該模型能最大限度地減少合金元素使用，并具有縮短處理時(shí)間、提高產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)過程等優(yōu)勢(shì)。

　　采用數(shù)學(xué)模型對(duì)模擬量進(jìn)行高動(dòng)態(tài)熱處理，并相互結(jié)合，形成一套完整的處理方法。計(jì)算對(duì)原料性能起決定性作用的冷卻速率時(shí)，采用SMS原料數(shù)據(jù)庫(kù)，該庫(kù)是所有SMS工藝模型的基礎(chǔ)，根據(jù)不同鋼種的化學(xué)成分和溫度，推算各自鋼種的主要物理和機(jī)械性能。采用完整的SMS冷卻模型確定冷卻模式和冷卻終止溫度。

6過程開發(fā)

　　如果使用MultiFlex-Quench系統(tǒng)生產(chǎn)新型高質(zhì)量板材，SMS集團(tuán)可協(xié)助用戶確定熱處理過程中理想的作業(yè)參數(shù)，并將其集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中以便優(yōu)化工藝參數(shù)?；谠摷夹g(shù)，能夠更精確地設(shè)定熱處理工藝可以實(shí)現(xiàn)的機(jī)械性能，減少合金化元素的使用，縮短加工時(shí)間，增加產(chǎn)量，從而有助于環(huán)境保護(hù)。

7運(yùn)行效果

　　通過MultiFlex-Quench系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果表明，無(wú)論厚度范圍和冷卻方式如何，板材平整度結(jié)果均滿足各自的要求。在淬火但還未到冷態(tài)情況下，如果要求的最小偏差小于8mm/m，10mm以上厚度鋼板的測(cè)量結(jié)果均在公差范圍內(nèi)。如果冷卻方式適當(dāng)可行，那么低于8mm厚度的淬火鋼板的平整度公差就非常小。

7.1斯洛文尼亞Acroni廠生產(chǎn)的第一批中厚板

　　2018年6月，斯洛文尼亞葉塞尼采市Acroni廠采用MultiFlex-Quench系統(tǒng)生產(chǎn)了第一批中厚板，比原計(jì)劃提前兩天，生產(chǎn)出的鋼板平整度非常好，該廠采用的兩座高效輥底熱處理爐是新建中厚板熱處理生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。

　　該生產(chǎn)線配置高溫輥底爐進(jìn)行淬火和正火處理，爐子由兩個(gè)熱處理室組成，其中鋼板在氮基惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火，射流管將原料間接加熱到1100℃。該生產(chǎn)線也設(shè)有一座新型低溫再加熱爐，是一種開爐式輥底爐，將鋼板溫度控制在400-800℃范圍內(nèi)進(jìn)行淬火和回火作業(yè)。

　　工廠設(shè)計(jì)的鋼板厚度范圍為3-100mm，寬度最大2500mm，產(chǎn)品大綱包括高碳鋼、不銹鋼、工具鋼以及多種特殊鋼種。

　　Acroni成功地將針對(duì)各種冷卻方案的目標(biāo)設(shè)定選項(xiàng)集成到MultiFlex-Quench系統(tǒng)中，包括基于模型的、針對(duì)裂紋敏感鋼的交錯(cuò)冷卻模式。因此，敏感鋼的處理時(shí)間可以通過下列方式實(shí)現(xiàn)：有針對(duì)性地中斷強(qiáng)制冷卻、盡量減少內(nèi)部應(yīng)力的溫度均衡過程，并通過一些處理方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制冷卻。

7.2薩爾茨吉特對(duì)創(chuàng)新技術(shù)的投資

　　德國(guó)薩爾茨吉特鋼鐵公司的獨(dú)資子公司Ilsenburger Grobblech板材廠選擇SMS集團(tuán)作為新型熱處理生產(chǎn)線的供貨商。

　　該熱處理生產(chǎn)線主要包括一座拋丸機(jī)、兩座輥底爐、MultiFlex-Quench冷卻系統(tǒng)、一臺(tái)平整機(jī)、一套清洗和涂底漆設(shè)備、水處理廠。SMS集團(tuán)也提供生產(chǎn)線電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，并負(fù)責(zé)原料和工藝模型。供應(yīng)范圍包括所有配套設(shè)施，如鋼板運(yùn)輸系統(tǒng)、冷床、鋼板上料和對(duì)中裝置等。這套節(jié)能型熱處理線滿足最苛刻的質(zhì)量和平整度要求。MultiFlex-Quench系統(tǒng)的生產(chǎn)產(chǎn)品范圍寬廣，尤其是生產(chǎn)極具挑戰(zhàn)性的鋼種。

　　新熱處理線可對(duì)20萬(wàn)噸/年以上的厚板進(jìn)行退火和深加工處理，設(shè)計(jì)規(guī)格范圍為5-175mm厚的中厚板，寬度最大3500mm，長(zhǎng)度4-24m。原料范圍包括高強(qiáng)度碳鋼、優(yōu)質(zhì)耐磨鋼、海上和壓力容器用鋼、以及表面硬化和淬火/回火鋼等。

8結(jié)語(yǔ)

　　中厚板的發(fā)展對(duì)熱處理生產(chǎn)線冷卻工藝提出了新挑戰(zhàn)，因此，SMS集團(tuán)基于板材冷卻技術(shù)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出了MultiFlex-Quench冷卻系統(tǒng)，該技術(shù)可靈活地應(yīng)用于各種冷卻方式，既有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)材料和特殊材料的冷卻措施，也有對(duì)新開發(fā)鋼種的冷卻方案。

　　自從2016年該系統(tǒng)在Acroni板材廠投入使用以來(lái)，其運(yùn)行結(jié)果表明，板材質(zhì)量完全符合高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量要求，特別是平整度和硬度分布方面。此外，也能減少部分鋼板的加工處理時(shí)間。