中厚鋼板的生產(chǎn)中控軋控冷工藝

1、目前在中厚鋼板的生產(chǎn)中控軋控冷(TMCP)工藝已普遍應(yīng)用，并在管線鋼、高強度結(jié)構(gòu)鋼、海洋平臺用鋼、造船板等的生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用，大大提高了鋼板的綜合性能，節(jié)約了寶貴的合金元素。但是，TMCP處理的鋼板性能離散度較大，而且一些鋼種要求很苛刻的臨界軋制。因此，對于生產(chǎn)厚規(guī)格、高性能鋼板，尤其是要求性能均勻性比較高的鍋爐壓力容器鋼板、橋梁鋼板、高層建筑鋼板、Z向鋼板等，傳統(tǒng)的離線熱處理方式仍然是難以替代的。因此一個定位于生產(chǎn)高性能品種鋼為主的中厚板廠，建設(shè)一條現(xiàn)代化的中厚板熱處理生產(chǎn)線，是在設(shè)計之初就必須考慮的問題。    建設(shè)熱處理工序應(yīng)統(tǒng)籌考慮的問題 &

2、#160;  1 對煉鋼、軋鋼工序設(shè)備的要求    中厚板軋后熱處理爐是生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品不可缺少的主要設(shè)備，因此應(yīng)定位在生產(chǎn)“雙高”產(chǎn)品，要求鋼質(zhì)純凈、有害元素和夾雜物含量低，板坯厚度要滿足一定的壓縮比，配備有控軋控冷設(shè)施等。這就要求前面的煉鋼和軋鋼工序具備生產(chǎn)“雙高”產(chǎn)品的條件，如煉鋼工序要配備有鐵水預(yù)處理設(shè)施、大噸位的頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐或高功率電爐、LF/VD/RH等爐外精煉設(shè)施、直弧形大板坯連鑄機等，軋鋼工序要配備有高剛度強力軋機、ACC(DQ)、強力矯直機等。    2 對軋鋼廠的場地要求  

3、;  在建設(shè)中厚板廠時，要考慮精整的能力足夠大，也就是后面剪切、冷床等的能力要大于前面軋鋼能力，以便于充分發(fā)揮軋機的潛能。同樣如果一個中厚板廠定位于生產(chǎn)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品時，就要考慮廠房后部工序要留有充分的火焰切割、探傷、熱處理生產(chǎn)線的場地。    因為對于需要熱處理的鋼板來說，一般40mm以上的厚規(guī)格鋼板受剪切能力限制，需要火焰切割，而且熱處理的鋼種很多要求逐張?zhí)絺?。因此，在廠房設(shè)計時要留有足夠的場地，否則將嚴重制約生產(chǎn)能力的發(fā)揮。    探傷一般可安排在熱處理之前，這樣探傷不合可直接改判以節(jié)省熱處理費用，但正火通過

4、再結(jié)晶細化均勻組織，對于某些微小的探傷缺陷有改善作用，尤其是合金含量較高的鋼種。因此，有些品種可安排在熱處理之后探傷。但是，熱處理對于大的分層和夾雜造成的探傷缺陷基本無能為力。     中厚板熱處理的主要方式    中厚鋼板熱處理的主要方式有正火、調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)、正火+控冷、正火+回火、回火、退火、直接淬火(DQ)、直接淬火+回火等。其中，處理量最大的是正火板，包括正火+回火，大約占所有熱處理產(chǎn)品的70%左右；其次是調(diào)質(zhì)板，占15%左右；其它如回火等占15%。中厚板熱處理工藝流程見圖1。    圖

5、1 中厚板熱處理工藝流程    1 正火工藝的特點及注意事項    正火也叫?；蛘；?，其目的在于使上一道工序中產(chǎn)生的非正常組織(如鐵素體晶粒粗大、魏氏組織、帶狀組織、非鐵素體+珠光體組織產(chǎn)物等亞共析鋼組織缺陷)通過重結(jié)晶、均勻化組織予以改善(對低碳鋼為細小等軸鐵素體+均勻分布的塊狀珠光體組織)，從而改善其力學性能和工藝性能。    正火可以作為預(yù)備熱處理，也可以作為最終熱處理。對機加工零件的結(jié)構(gòu)鋼來說，正火多半作為預(yù)備熱處理，為隨后的切削加工和最終熱處理做組織準備；對低碳低合金鋼板來說，正火都是作為最

6、終熱處理，使鋼板具有所要求的組織，從而使其具有所要求的力學性能和工藝性能。    鋼板正火處理后晶粒細、碳化物分布均勻，力學性能良好。正火工藝可使目前普遍應(yīng)用的以Nb、V、Ti等強碳氮化物形成元素的低(微)合金高強度鋼板12的延伸、低溫沖擊韌性和冷彎性能大幅改善。    但值得注意的是，正火在提高熱軋低碳低合金鋼板的工藝性能的同時，往往降低鋼的強度，屈服強度和抗拉強度一般降低2050MPa，對于控軋控冷鋼板嚴重的可降低80120MPa。因此，為保證鋼板的交貨性能，在正火鋼板成分設(shè)計時，應(yīng)不同于一般控軋控冷鋼板，可適當增加C、Mn等固溶

7、強化元素以提高強度(注意碳當量指標不要過高)，雖然熱軋后鋼板的延伸率或沖擊功有所降低，但這兩項指標在正火處理后會有大幅提高。    2 正火+控冷(+回火)新工藝    ?；癄t除處理“雙高”產(chǎn)品外，另一大作用是挽救很多熱軋后延伸或沖擊不合產(chǎn)品，減少改判率。但隨之而來的一個問題是一些延伸、沖擊不合需挽救的產(chǎn)品本身強度富裕量小，容易導致處理后強度反而不合。這除了在正火溫度、時間上可以做一些調(diào)整外，還可以應(yīng)用正火+控冷(+回火)工藝。    為防止很多鋼板正火后強度大幅降低，目前國內(nèi)武鋼、舞鋼、重鋼、太鋼等都開

8、發(fā)了正火+控制冷卻的工藝，利用爐后淬火機或簡易水冷設(shè)施等進行正火后弱水冷(水霧等)的工藝，可較好地彌補鋼板的強度損失，依據(jù)太鋼經(jīng)驗，鋼板強度可提高10MPa。對于控制冷卻后鋼板性能波動較大的鋼種或ASTM(美國材料與試驗協(xié)會)中規(guī)定正火后加速冷卻必須回火的鋼種還可應(yīng)用正火+控冷+回火工藝。    3 正火+回火    在鍋爐壓力容器鋼板處理中采用較多，尤其是CrMo鋼多采用正火+高溫回火。    4 調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)    近年來，超級鋼、超低碳貝氏體鋼等生產(chǎn)技術(shù)蓬勃發(fā)

9、展，許多傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)的屈服強度450MPa以上的鋼板利用超細晶等技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)，但對于壓力容器、石油儲罐、橋梁、軍工等重要結(jié)構(gòu)鋼板，很多標準和用戶還是要求鋼板以調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨。因此，一條現(xiàn)代化的調(diào)質(zhì)鋼板生產(chǎn)線對于提高中厚鋼板廠的產(chǎn)品檔次是不可或缺的。      調(diào)質(zhì)即淬火+高溫回火，代表鋼種有油罐鋼SPV490Q、14MnNbq、軍工板921、模具鋼P20等。目前，調(diào)質(zhì)熱處理線都是采用輥底式爐快速出爐后面配套輥壓式淬火機。    5 淬火+低溫回火    對于耐磨鋼等要求表面硬度較高的鋼種多

10、采用淬火+低溫回火。    6 在線直接淬火(DQ)+回火    該技術(shù)是20世紀90年代以來發(fā)展的新技術(shù)。利用軋后的直接淬火設(shè)施(30mm以下較容易)實施鋼板在線直接淬火，然后進行離線的回火處理，可大大節(jié)約熱處理成本。目前在生產(chǎn)高強度低碳貝氏體鋼、油罐鋼等鋼種時采用較多。中厚鋼板熱處理爐爐型分類及比較    1 中厚鋼板熱處理爐爐型分類    中厚鋼板熱處理爐分類如圖2所示，按工作方式分為連續(xù)式熱處理爐和周期式間歇性熱處理爐兩種；按鋼板運送方式分為輥底式、步進式、臺車式、外

11、部機械化式及罩式等五種；按照加熱方式可分為明火加熱與輻射管無氧化式加熱兩種。        圖2 中厚板熱處理爐分類    2 輥底式爐和步進式爐的比較    輥底式爐和步進式爐都可以采用明火加熱，但輻射管加熱一般應(yīng)用于輥底式爐。步進式加熱爐主要優(yōu)點是沒有輥印和劃傷，用于特厚板熱處理有一定的優(yōu)勢，但投資大，維護要求高，鋼板最大輸送速度受到限制，由于難以實現(xiàn)高速出爐，后面不能與淬火機配套，只能用于鋼板的正火、回火處理。    輥底式爐可用于鋼板的正

12、火、回火及調(diào)質(zhì)等熱處理。這種爐子產(chǎn)量和機械化、自動化程度高，得到了廣泛應(yīng)用。    3 明火加熱與輻射管加熱的比較    輥底式熱處理爐的供熱方式通常有兩種：一種是明火加熱；另一種是爐內(nèi)通保護氣體的輻射管加熱。無論是哪種加熱方式，都要保證爐溫的均勻性，并滿足要求的加熱和保溫時間。在此前提下，明火加熱時，應(yīng)盡可能控制爐內(nèi)氣氛為微氧化性氣氛或接近還原氣氛，以獲得較好的鋼板表面質(zhì)量。    輻射管加熱時，爐內(nèi)通入氮氣等保護氣體，在爐內(nèi)形成惰性氣氛，防止鋼板的氧化，以獲得更好的鋼板表面質(zhì)量。需要說明的是：一般采用

13、鋼板輻射管加熱，入爐前需經(jīng)拋丸機處理，清除掉鋼板表面氧化鐵皮，這樣還可以減少爐輥的積瘤。    但明火直接加熱輥底式爐還是易出現(xiàn)輥印、劃傷、麻坑、氧化嚴重等表面缺陷。鋼板下表面的輥印、劃傷主要原因是爐底輥結(jié)瘤(高溫氧化鐵皮累積而成)引起的，重者增加鋼板修磨量，甚至發(fā)生輥印超深或修磨面積過大導致鋼板判廢，直接影響經(jīng)濟效益。表面氧化嚴重還造成鋼板麻坑、氧化鐵皮增厚， 特別是船板拋丸處理后出現(xiàn)麻點等缺陷。一些鋼廠對表面質(zhì)量要求高、價格昂貴的鋼板，采用加墊板消除輥印的辦法，但弊端較多：墊板浪費嚴重，增大熱處理量，成本上升，生產(chǎn)率很低，分離不及時還影響鋼板性能。 

14、   為使鋼板溫度均勻和防止下表面劃傷，應(yīng)優(yōu)先選用雙步進梁式熱處理爐和輻射管無氧化輥底式熱處理爐。兩種供熱方式比較見表1。    表1 兩種供熱方式的比較         (1)與明火加熱相比，由于輻射管加熱自身表面功率的限制，輻射管加熱的燒嘴數(shù)量較多，因此操作點較多，維護量相對較大。    (2)與輻射管加熱相比，明火加熱對燃料的成分要求和燃料熱值的要求更高。燃料中的有害成分會在一定程度上影響鋼板的表面質(zhì)量；同時燃料熱值的不穩(wěn)定，使得爐內(nèi)氣氛難

15、以控制，因此直接影響鋼板的表面質(zhì)量，也會加重爐輥的積瘤。    (3)兩種供熱方式相比，燃料消耗差別不大，特別是近幾年來，輻射管燒嘴性能的改善和空氣預(yù)熱溫度的提高，燃燒效率進一步提高，無論是爐溫均勻性、還是燃料消耗都獲得了很好的效果。    (4)從趨勢上看，除了用于不銹鋼固溶的高溫熱處理爐采用明火加熱以外，隨著厚板行業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，越來越多的輻射管加熱的熱處理爐被厚板行業(yè)采用。    4 其它爐型    車底式爐、外部機械化式爐、罩式爐都屬于周期式間歇性生產(chǎn)的熱

16、處理爐，主要用作特厚板、高溫回火板、退火板(中厚板很少用)等的生產(chǎn)。    車底式爐也稱臺車式爐，采用傳動臺車進爐和出爐，常見于機械行業(yè)的熱處理車間，采用吊車裝卸鋼板，多用于正火、退火、回火；外部機械化室式爐采用裝出料機裝出鋼板，一臺裝出料機可配置25座爐子，多用于正火、退火及厚板的熱處理；罩式爐主要用于退火和高溫回火，必要時也可作為緩冷用，罩式爐需要大噸位吊車起重，且廠房造價高，另外，這種爐子一次裝料量大，加熱時間長，鋼板瓢曲和氧化嚴重，且易脫碳。    這幾種爐子生產(chǎn)效率低，燃耗大，成本高，自動化程度低，新建的中厚板廠采用較少。舞

17、鋼應(yīng)用了外機爐、車底爐以及帶燒嘴的緩冷坑，鞍鋼、武鋼配備有罩式爐。    國內(nèi)中厚板廠熱處理線的布置特點    目前，一般中厚板廠都采用兩條線布置，一條調(diào)質(zhì)線(輥底式正火爐后配套淬火機組)，一條正火線(可采用明火加熱輥底式或步進梁式；也可采用輻射管加熱無氧化輥底式爐)。目前國內(nèi)鞍鋼、浦鋼都是這樣布置。    作為我國特種寬厚板生產(chǎn)廠的舞鋼配備有目前國內(nèi)最為齊全的熱處理生產(chǎn)線，在2005年調(diào)質(zhì)線建成后僅連續(xù)式熱處理線就有三條；武鋼的3號爐在2006年1月份也已建成；現(xiàn)在寶鋼厚板廠在建兩條新的熱處理生產(chǎn)線。這

18、樣舞鋼、武鋼、寶鋼都將有三條軋后熱處理線。    濟鋼中厚板廠熱處理線一期工程輻射管加熱無氧化輥底式熱處理爐2005年7月建成投產(chǎn)，預(yù)留二期調(diào)質(zhì)線場地；鞍鋼、南鋼也在考慮增建熱處理線。    輻射管加熱無氧化輥底式爐與輥式淬火機的特點    1 輻射管加熱無氧化輥底式爐    現(xiàn)在越來越多的中厚板廠采用輻射管加熱無氧化輥底式爐。該爐型為連續(xù)輥底式，爐內(nèi)通惰性氣體(一般為氮氣，N299.99%)保護，全輻射管加熱，輻射管沿爐膛上下兩排布置，進爐前要進行表面拋丸處理，去掉氧化鐵皮

19、，以防帶入爐內(nèi)造成爐底輥結(jié)瘤，劃傷鋼板表面，影響鋼板表面質(zhì)量。燃燒系統(tǒng)一般采用混合煤氣為燃料，自身預(yù)熱式燒嘴(可預(yù)熱空氣到800)，通斷式脈沖循環(huán)控制(ON/OFF)，最高爐溫1000(板溫970)。這種爐子溫度均勻，爐溫波動可以小于5，鋼板性能穩(wěn)定均勻，表面質(zhì)量良好，自動化程度高。    目前爐底輥一般采用Cr25Ni35(Nb)材質(zhì)，中空不需要水冷，設(shè)有排氣孔。爐底輥的壁厚和驅(qū)動電機功率決定處理鋼板的厚度。爐底輥傳動方式目前多為單電機變頻驅(qū)動，可實現(xiàn)靈活多變的控制。    國際上輻射管加熱輥底式爐設(shè)計處理的最大板厚為200mm，最

20、大板寬5400mm，最大板長26m(NKK京濱厚板廠)，最長的輻射管式輥底爐為91.575m(川崎水島厚板廠)和96m(新日鐵君津厚板廠)。其處理的鋼板無氧化、表面質(zhì)量好、性能均勻穩(wěn)定。    2 輥式淬火機    根據(jù)淬火鋼板規(guī)格和種類的不同，淬火可分為兩種方式：連續(xù)通過淬火或高壓段連續(xù)通過、低壓段擺動淬火。因此淬火機大體可分為連續(xù)式和間歇式兩種。國內(nèi)武鋼采用連續(xù)式，寶鋼采用連續(xù)式和間歇式，浦鋼采用間歇式。淬火機組需配套建設(shè)供水和水處理系統(tǒng)，要求水質(zhì)純凈、實現(xiàn)自循環(huán)，這樣鋼板淬火均勻，不易變形。   

21、輥式淬火機由上下兩組輥道組成，上下兩排噴嘴位于輥道之間，鋼板高速出爐(可達60m/min)，連續(xù)通過爐后的輥式淬火機組，實現(xiàn)運動中淬火。噴嘴的水量、壓力、角度以及鋼板上下表面的水量之比至為關(guān)鍵。    輥式淬火機相對于固定式壓力淬火機具有以下優(yōu)點：鋼板在連續(xù)運動中淬火，不存在溫降問題；鋼板表面淬火均勻，無軟點；淬火鋼板的長度不受機架限制；可與熱處理爐實現(xiàn)聯(lián)動控制。目前國內(nèi)武鋼、寶鋼、舞鋼的調(diào)質(zhì)線均由德國LOI熱工工程有限公司提供，包括1座輻射管加熱無氧化輥底式爐和1臺輥壓式連續(xù)淬火機，可進行鋼板的淬火、回火和正火。浦鋼采用原美國DREVER公司(已被LOI兼并)設(shè)

22、備，鞍鋼系引進日本住友二手設(shè)備。中厚板淬火機由于專業(yè)性強、技術(shù)含量高、市場容量小，目前基本由德國LOI公司壟斷。    中厚板熱處理線配套設(shè)施應(yīng)注意的問題    1 拋丸機    拋丸機組國內(nèi)很多廠家都可以制造，但與國外設(shè)備還存在差距，主要體現(xiàn)在拋丸頭的壽命，可以采用進口拋丸頭的方式。    拋丸機的質(zhì)量好壞直接關(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)，容易造成爐底輥結(jié)瘤，不僅劃傷鋼板，而且結(jié)瘤清理起來很困難。因此，拋丸機組工作正常與否對熱處理鋼板的表面質(zhì)量影響很大。 &