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CN117327877A - 一种淬火生产线及钢板淬火板形控制方法 - Google Patents

一种淬火生产线及钢板淬火板形控制方法 Download PDF

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CN117327877A CN202311271986.1A CN202311271986A CN117327877A CN 117327877 A CN117327877 A CN 117327877A CN 202311271986 A CN202311271986 A CN 202311271986A CN 117327877 A CN117327877 A CN 117327877A
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王立新
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张鹏武
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Abstract

本发明公开了一种淬火生产线,包括沿淬火中心线依次布置的抛丸机、加热炉和淬火机,所述淬火机内沿钢板运行方向依次设有缝隙式喷嘴冷却段、圆形高压喷嘴冷却段和高压喷管冷却段;所述缝隙式喷嘴冷却段和圆形高压喷嘴冷却段均分别沿钢板宽度方向和钢板上下表面分成多个冷却控制区,各冷却控制区内的冷却水流量单独可调。一种基于如权利要求1所述生产线的钢板淬火板形控制方法。本发明的有益效果为:采用了具有多个冷却水流量可单独控制的冷却控制区的淬火机,根据冷却过程中钢板上下表面的水流特性及不同冷却区域钢板受到的热应力和组织相变产生的应力问题,对于不同冷却控制区的参数进行设置,实现对淬火过程中板形的有效控制,可以提高钢板的板形。

Description

一种淬火生产线及钢板淬火板形控制方法
技术领域
本发明涉及冶金制造技术领域,具体涉及一种淬火生产线及钢板淬火板形控制方法。
背景技术
超高强、轻量化是机械制造行业实现绿色发展的必然选择,故薄规格超高强钢广泛应用于起重机吊臂、登高车等领域。用户不仅要求以薄规格高强化进行减重,同时需要尽量一体化成形,减少焊缝长度,因此,对超薄超宽规格钢板(也即大宽厚比超博钢板,钢板宽度/长度的比值超过300,厚度≤6mm)需求量逐渐增加。
对轧后钢板进行离线淬火热处理是目前国际上超高强钢(Rel≥960MPa)的主要生产方式。通过将热轧原料进行定尺切板后进行再加热至奥氏体化温度以上30~50℃,进行保温均匀化后出炉水冷淬火处理,获得马氏体组织是该类产品获得超高强度的关键工艺。但是对于淬火过程来说由于钢板不同部位受到热应力和组织相变过程无法实现精准同步控制,导致淬火钢板板形极易瓢曲,板形差,板形控制难度极大。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术的不足,提供一种淬火生产线及钢板淬火板形控制方法,旨在提高钢板质量。
本发明采用的技术方案为:一种淬火生产线,包括沿淬火中心线依次布置的抛丸机、加热炉和淬火机,所述淬火机内沿钢板运行方向依次设有缝隙式喷嘴冷却段、圆形高压喷嘴冷却段和高压喷管冷却段;
所述缝隙式喷嘴冷却段和圆形高压喷嘴冷却段均分别沿钢板宽度方向和钢板上下表面分成第一边部上冷却控制区、第一边部下冷却控制区、中部上冷却控制区、中部下冷却控制区、第二边部上冷却控制区和第二边部下冷却控制区,其中第一边部上冷却控制区、第一边部下冷却控制区、第二边部上冷却控制区和第二边部下冷却控制区组成边部冷却控制区,中部上冷却控制区和中部下冷却控制区组成中部冷却控制区;
所述高压喷管冷却段沿钢板上下表面分为高压喷管上冷却控制区和高压喷管下冷却控制区;
每个冷却控制区内的冷却水流量单独可调。
本发明还提供了一种基于如上所述生产线的钢板淬火板形控制方法,该方法为:
S1、提供所述生产线;
S2、钢板上线,经抛丸机抛丸后对中处理;
S3、钢板进入氮气保护的辐射管加热炉内加热至奥氏体化温度以上30~50℃,并保温;
S4、将钢板加速至设定的淬火速度后出加热炉,再进入淬火机进行水淬处理;
S5、钢板淬火后吹干表面水分;
S6、淬火后的钢板堆垛。
按上述方案,在S4中,在淬火机的缝隙式喷嘴冷却段内,缝隙式喷嘴冷却段的冷却水总量为800~1040m3/h,边部冷却控制区的冷却水总量与中部冷却控制区的冷却水总量之比为0.20~0.35;边部上冷却控制区与其对应的边部下冷却控制区的冷却水量之比为0.70~0.75,中部上冷却控制区与中部下冷却控制区的冷却水量之比为0.72~0.78。
按上述方案,在S4中,在淬火机的圆形高压喷嘴冷却段内,圆形高压喷嘴冷却段的冷却水总量为380~500m3/h;圆形高压喷嘴冷却段内,边部冷却控制区的冷却水总量与中部冷却控制区的冷却水总量之比为0.40~0.45;边部上冷却控制区与其对应的边部下冷却控制区的冷却水量之比为0.93~1.03,中部上冷却控制区与中部下冷却控制区的冷却水量之比为0.82~0.85。
按上述方案,高压喷管冷却段的冷却水总量为300~400m3/h;高压喷管上冷却控制区与高压喷管下冷却控制区的冷却水量之比为0.75~0.85。
按上述方案,在S4中,冷却水的压力为0.8±0.05MPa,冷却水的水温≤23.5℃。
按上述方案,淬火速度为20~30m/min。
按上述方案,淬火过程中钢板的冷却速度为30~40℃/s。
按上述方案,在S3中,加热炉内的氧含量[O]≤500ppm。
按上述方案,所述淬火机为辊压式淬火机。
本发明的有益效果为:
本发明采用了具有多个冷却水流量可单独控制的冷却控制区的淬火机,根据冷却过程中钢板上下表面的水流特性及不同冷却区域钢板受到的热应力和组织相变产生的应力问题,对于不同冷却控制区的参数进行设置,包括钢板上下表面的冷却水流量、水比以及边部区域与中部区域的水量、水比等,实现对淬火过程中板形的有效控制,可以提高钢板的板形。
附图说明
图1为本发明中淬火生产线的布置示意图。
图2为本发明中缝隙式喷嘴冷却段横向分区布置示意图。
其中:1、淬火机;1.1、缝隙式喷嘴冷却段;1.2、圆形高压喷嘴冷却段;1.3、高压喷管冷却段;1.4、第一边部上冷却控制区;1.5、第一边部下冷却控制区;1.6、中部上冷却控制区;1.7、中部下冷却控制区;1.8、第二边部上冷却控制区;1.9、第二边部下冷却控制区;2、钢板;3、加热炉;4、抛丸机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,对本发明实施例中的技术方案进行描述,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创新劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种淬火生产线,包括沿淬火中心线依次布置的抛丸机4、加热炉3和淬火机1,如图1所示;其中,所述淬火机1内沿钢板2运行方向依次设有缝隙式喷嘴冷却段1.1、圆形高压喷嘴冷却段1.2和高压喷管冷却段1.3;
所述缝隙式喷嘴冷却段1.1和圆形高压喷嘴冷却段1.2均分别沿钢板2宽度方向和钢板2上下表面分成第一边部上冷却控制区1.4、第一边部下冷却控制区1.5、中部上冷却控制区1.6、中部下冷却控制区1.7、第二边部上冷却控制区1.8和第二边部下冷却控制区1.9,其中第一边部上冷却控制区1.4、第一边部下冷却控制区1.5、第二边部上冷却控制区1.8和第二边部下冷却控制区1.9组成边部冷却控制区,中部上冷却控制区1.6和中部下冷却控制区1.7组成中部冷却控制区,如图2所示;
所述高压喷管冷却段1.3沿钢板2上下表面分为高压喷管上冷却控制区和高压喷管下冷却控制区;
每个冷却控制区内的冷却水流量单独可调。
本实施例中,所述第一边部上冷却控制区1.4和第一边部下冷却控制区1.5对称设于钢板2上下两侧;所述第二边部上冷却控制区1.8和第二边部下冷却控制区1.9对称设于钢板2上下两侧;所述中部上冷却控制区1.6和中部下冷却控制区1.7对称设于钢板2上下两侧;中部上冷却控制区1.6位于第一边部上冷却控制区1.4和第二边部上冷却控制区1.8之间,中部下冷却控制区1.7位于第一边部下冷却控制区1.5和第二边部下冷却控制区1.9之间。
本发明中,所述淬火机1为辊压式淬火机1,缝隙式喷嘴冷却段1.1内设有缝隙式喷嘴,圆形高压喷嘴冷却段1.2设有圆形高压喷嘴,高压喷管冷却段1.3设有高压喷管,此为现有配置;边部冷却控制区的总长度为820mm,两侧各设置410mm;中部冷却控制区的长度为1380mm。
本发明中,所述加热炉3为氮气保护的辐射管加热炉3。
一种基于如上所述生产线的钢板淬火板形控制方法,具体为一种大宽度比薄钢板(也即宽度/长度的比值超过300、厚度≤6mm的钢板)淬火板形控制方法,该方法为:
S1、提供如上所述生产线;
S2、钢板2上线,经抛丸机4抛丸后对中处理;
S3、钢板2进入氮气保护的辐射管加热炉3内加热至奥氏体化温度以上30~50℃,并保温10~15min;
S4、将钢板2加速至设定的淬火速度后出加热炉3,再进入淬火机1进行水淬处理(也即利用冷却水淬火处理);
S5、钢板2淬火后利用淬火机1出口的压缩空气吹干表面残留的水分;
S6、淬火后的钢板2由辊道运输至堆垛机进行堆垛。
在S4中,在淬火机1的缝隙式喷嘴冷却段1.1内,缝隙式喷嘴冷却段1.1的冷却水总量为800~1040m3/h,边部冷却控制区的冷却水总量与中部冷却控制区的冷却水总量之比为0.20~0.35;边部上冷却控制区与其对应的边部下冷却控制区的冷却水量之比为0.70~0.75,中部上冷却控制区1.6与中部下冷却控制区1.7的冷却水量之比为0.72~0.78。
在S4中,在淬火机1的圆形高压喷嘴冷却段1.2内,圆形高压喷嘴冷却段1.2的冷却水总量为380~500m3/h;圆形高压喷嘴冷却段1.2内,边部冷却控制区的冷却水总量与中部冷却控制区的冷却水总量之比(也即边部与中部水比)为0.40~0.45;边部上冷却控制区与其对应的边部下冷却控制区的冷却水量之比(也即边部区域上下水比)为0.93~1.03,中部上冷却控制区1.6与中部下冷却控制区1.7的冷却水量之比(也即中部区域上下水比)为0.82~0.85。
在S4中,高压喷管冷却段1.3的冷却水总量为300~400m3/h;高压喷管上冷却控制区与高压喷管下冷却控制区的冷却水量之比为0.75~0.85。
本发明中,上冷却控制区的冷却水量也即钢板上表面水量,下冷却控制区的冷却水量也即钢板下表面水量;冷却水量均为流量。
在S4中,淬火机1的辊缝设定值比实际钢板2厚度小0.25~0.50mm;淬火冷却水的压力为0.8±0.05MPa,冷却水的水温≤23.5℃;淬火速度(也即钢板2在淬火机1内的运行速度)为20~30m/min;淬火过程中钢板2的冷却速度为30~40℃/s。
本发明中,冷却水温、淬火速度与冷却速度的设计主要在于为获得钢板2必须的组织性能,通过水量、走速、水温等参数的最优组合以实现获得理想性能的组织性能,同时避免过大的冷却速度带来的表面和心部过大的内应力的产生。
在S2中,钢板2抛丸后的粗糙度Ra≤2.5级。
在S3中,加热炉3内的氧含量[O]≤500ppm。对于大宽厚比薄规格钢板2的淬火生产,冷却过程中微小的不均匀即可产生较大的板形问题,因此必须全流程控制淬火过程中冷却的均匀性。钢板2经抛丸后进入氮气保护的加热炉3内加热,如果氧含量高于500ppm,则在钢板2表面会形成不均匀的氧化铁皮,由于氧化铁皮与钢基体的与水的传热效率差异较大,会导致钢板2表面的冷却不均匀,而加热炉3内的氧含量[O]≤500ppm,可有效提高大宽厚比薄规格钢板2的板形。
本发明中,淬火机1具备三段冷却能力,即:缝隙式喷嘴冷却段1.1、圆形高压喷嘴冷却段1.2以及圆形高压喷管段。同时,主要的冷却区域(缝隙式喷嘴冷却段1.1、圆形高压喷嘴冷却段1.2)沿钢板2宽度方向分成了三段(即边部冷却控制段、中部冷却控制段、边部冷却控制段),并且冷却控制段沿钢板2上下表面分为可独立控制冷却水量的上冷却控制区和下冷却控制区,即这两个冷却段(缝隙式喷嘴冷却段1.1和圆形高压喷嘴冷却段1.2)均分别具备6个冷却控制区,根据大宽厚比薄规格淬火过程中冷却不均匀的特性,来设置每个冷却控制区的参数,保证冷却过程的均匀性,提高钢板2板形。根据钢板2淬火过程中的冷却特性,将不同冷却段的边、中水量、水比,钢板2上下表面水量水比设置的不同,比如在缝隙式喷嘴冷却段1.1,影响钢板2板形的因素是热应力和相变应力的耦合作业结果,且两种因素对于板形的影响规律相反,因此该部分冷却控制区内上下水比设置为0.70~0.78之间,边中水比也设置的较小;而对于高压喷嘴冷却段,该冷却段板形变化的原因在于温度的变化影响,因此且中部和边部为一整体,互相制约,故对于边部水比设置为0.93~1.03,而中部为0.82~0.85,这与缝隙式喷嘴区域的水比设定显著不同。
本发明中,所述钢板2的化学成分中C含量为0.15~0.25%wt,Mn含量为1.25~1.85%wt,Mo含量为0.25~0.50%wt,Cr含量为0.15~0.50%wt,B含量为0.0010~0.0050%wt,钢板2的碳当量Ceq≥0.38。
实施例
不同钢种采用本发明所述方法进行淬火生产,具体的工艺参数如表1所示,相关控制参数如表2所示,淬火后各钢板2的板形参数如表3所示。由表3可知,采用本发明所述技术方案,淬火后钢板2的横向不平度≤3/1000,纵向不平度≤5/1000;钢板2全板面硬度均匀,内应力小,板宽方向硬度差控制10HV10以内,沿厚度方向截面硬度差控制在5HV10以内。采用本发明所述方法获得的钢板2板形好。
表1工艺参数取值列表
表2控制参数取值
在表2,上表面水量、下表面水量、边部与上下表面水比、中部上下表面水比、上下表面水比,分别依次表示对应冷却段内钢板上表面冷却水量(也即该冷却段位于钢板上部的各冷却控制区的冷却水总量)、钢板下表面冷却水量(也即该冷却段位于钢板下部的各冷却控制区的冷却水总量)、边部区域冷却水量与钢板上下表面冷却水总量之比、中部区域上下水比、钢板上下表面冷却水量之比。
表3淬火后钢板的板形参数
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
最后应说明的是,以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,但是凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种淬火生产线,其特征在于,包括沿淬火中心线依次布置的抛丸机、加热炉和淬火机,所述淬火机内沿钢板运行方向依次设有缝隙式喷嘴冷却段、圆形高压喷嘴冷却段和高压喷管冷却段;
所述缝隙式喷嘴冷却段和圆形高压喷嘴冷却段均分别沿钢板宽度方向和钢板上下表面分成第一边部上冷却控制区、第一边部下冷却控制区、中部上冷却控制区、中部下冷却控制区、第二边部上冷却控制区和第二边部下冷却控制区,其中第一边部上冷却控制区、第一边部下冷却控制区、第二边部上冷却控制区和第二边部下冷却控制区组成边部冷却控制区,中部上冷却控制区和中部下冷却控制区组成中部冷却控制区;
所述高压喷管冷却段沿钢板上下表面分为高压喷管上冷却控制区和高压喷管下冷却控制区;
每个冷却控制区内的冷却水流量单独可调。
2.一种基于如权利要求1所述生产线的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,该方法为:
S1、提供所述生产线;
S2、钢板上线,经抛丸机抛丸后对中处理;
S3、钢板进入氮气保护的辐射管加热炉内加热至奥氏体化温度以上30~50℃,并保温;
S4、将钢板加速至设定的淬火速度后出加热炉,再进入淬火机进行水淬处理;
S5、钢板淬火后吹干表面水分;
S6、淬火后的钢板堆垛。
3.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,在S4中,在淬火机的缝隙式喷嘴冷却段内,缝隙式喷嘴冷却段的冷却水总量为800~1040m3/h,边部冷却控制区的冷却水总量与中部冷却控制区的冷却水总量之比为0.20~0.35;边部上冷却控制区与其对应的边部下冷却控制区的冷却水量之比为0.70~0.75,中部上冷却控制区与中部下冷却控制区的冷却水量之比为0.72~0.78。
4.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,在S4中,在淬火机的圆形高压喷嘴冷却段内,圆形高压喷嘴冷却段的冷却水总量为380~500m3/h;圆形高压喷嘴冷却段内,边部冷却控制区的冷却水总量与中部冷却控制区的冷却水总量之比为0.40~0.45;边部上冷却控制区与其对应的边部下冷却控制区的冷却水量之比为0.93~1.03,中部上冷却控制区与中部下冷却控制区的冷却水量之比为0.82~0.85。
5.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,高压喷管冷却段的冷却水总量为300~400m3/h;高压喷管上冷却控制区与高压喷管下冷却控制区的冷却水量之比为0.75~0.85。
6.如权利要求3或4所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,在S4中,冷却水的压力为0.8±0.05MPa,冷却水的水温≤23.5℃。
7.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,淬火速度为20~30m/min。
8.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,淬火过程中钢板的冷却速度为30~40℃/s。
9.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,在S3中,加热炉内的氧含量[O]≤500ppm。
10.如权利要求2所述的钢板淬火板形控制方法,其特征在于,所述淬火机为辊压式淬火机。
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