中厚板熱處理

1.1我國(guó)熱處理技術(shù)發(fā)展熱處理是溫度與時(shí)間相互配合的一項(xiàng)工藝，因此，熱處理是通過(guò)不同的加熱溫度、保溫時(shí)間及冷卻速度,使鋼的成分與組織發(fā)生擴(kuò)散、再結(jié)品的變化，也可促進(jìn)或阻止其組織與成分的轉(zhuǎn)變、析出，以期達(dá)到所要求的各種性能。我國(guó)現(xiàn)代熱處理技術(shù)的發(fā)展歷程大體上可分3個(gè)時(shí)期，即1949——1965年，70年代中后期，改革開(kāi)放（1978年）以后的時(shí)期。第一個(gè)時(shí)期是恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，實(shí)行第一、第二個(gè)五年計(jì)劃時(shí)期，在此期間我國(guó)建設(shè)了一批大型現(xiàn)代化的骨干企業(yè)，其中的汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、機(jī)床和工具、軸承等機(jī)械廠(chǎng)大都設(shè)置了熱處理車(chē)間或工段；購(gòu)買(mǎi)了大批原蘇聯(lián)制造的箱式爐、井式滲碳爐和回火爐及鹽浴爐、高頻淬火加熱設(shè)如備等，并建立了自己的電爐廠(chǎng)，各廠(chǎng)應(yīng)用的熱處理技術(shù)基本上是常規(guī)技術(shù)企業(yè)技改的強(qiáng)勁勢(shì)頭給設(shè)備制造業(yè)帶來(lái)更多機(jī)會(huì)。在熱處理加熱爐中，箱式、井式和鹽浴爐等常規(guī)設(shè)備的需求會(huì)進(jìn)一步減少。需要更多的是工藝先進(jìn)、可靠性和自動(dòng)化程度高、節(jié)能和無(wú)污染的設(shè)備。這就要求制造廠(chǎng)能清楚、準(zhǔn)確地把握國(guó)內(nèi)外新設(shè)備發(fā)展動(dòng)向和用戶(hù)的市場(chǎng)需求，提出自己的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的措施。熱處理工藝材料（淬火劑、滲劑、防滲劑、氣氛和鹽?。┖洼o助材料（清洗劑、防銹劑、干燥劑、催化劑等）是熱處理技術(shù)的重要組成部分。缺乏優(yōu)質(zhì)工藝材料，就不能保證熱處理零件和各種制品的優(yōu)異質(zhì)量。在熱處理工藝材料中用量最大的是淬火劑。1.2國(guó)內(nèi)中厚板熱處理工藝與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀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(xiàn)鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、海洋平臺(tái)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(duì)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(xiàn)熱處理方式仍然是難以替代的。因?yàn)閷?duì)于需要熱處理的鋼板來(lái)說(shuō)，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(chǎng)房設(shè)計(jì)時(shí)要留有足夠的場(chǎng)地，否則將嚴(yán)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(fèi)用，但正火通過(guò)再結(jié)品細(xì)化均勻組織，對(duì)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(duì)于大的分層和夾雜造成的探傷缺陷基本無(wú)能為力。1.3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(jiàn)圖1。圖1中厚板熱處理工藝流程1正火工藝的特點(diǎn)及注意事項(xiàng)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（如鐵素體品粒粗大、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(guò)重結(jié)品、均勻化組織予以改善（對(duì)低碳鋼為細(xì)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(xué)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(duì)機(jī)加工零件的結(jié)構(gòu)鋼來(lái)說(shuō)，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(zhǔn)備；對(duì)低碳低合金鋼板來(lái)說(shuō)，正火都是作為最終熱處理，使鋼板具有所要求的組織，從而使其具有所要求的力學(xué)性能和工藝性能。鋼板正火處理后品粒細(xì)、碳化物分布均勻，力學(xué)性能良好。正火工藝可使目前普遍應(yīng)用的以Nb、V、Ti等強(qiáng)碳氮化物形成元素的低（微）合金高強(qiáng)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(shí)，往往降低鋼的強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度一般降低20?50MPa，對(duì)于控軋控冷鋼板嚴(yán)重的可降低80?120MPa。因此，為保證鋼板的交貨性能，在正火鋼板成分設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)不同于一般控軋控冷鋼板，可適當(dāng)增加C、Mn等固溶強(qiáng)化元素以提高強(qiáng)度（注意碳當(dāng)量指標(biāo)不要過(guò)高），雖然熱軋后鋼板的延伸率或沖擊功有所降低，但這兩項(xiàng)指標(biāo)在正火處理后會(huì)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(lái)的一個(gè)問(wèn)題是一些延伸、沖擊不合需挽救的產(chǎn)品本身強(qiáng)度富裕量小，容易導(dǎo)致處理后強(qiáng)度反而不合。這除了在正火溫度、時(shí)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(qiáng)度大幅降低，目前國(guó)內(nèi)武鋼、舞鋼、重鋼、太鋼等都開(kāi)發(fā)了正火+控制冷卻的工藝，利用爐后淬火機(jī)或簡(jiǎn)易水冷設(shè)施等進(jìn)行正火后弱水冷（水霧等）的工藝，可較好地彌補(bǔ)鋼板的強(qiáng)度損失，依據(jù)太鋼經(jīng)驗(yàn)，鋼板強(qiáng)度可提高10MPa。對(duì)于控制冷卻后鋼板性能波動(dòng)較大的鋼種或ASTM（美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）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(lái)，超級(jí)鋼、超低碳貝氏體鋼等生產(chǎn)技術(shù)蓬勃發(fā)展，許多傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)的屈服強(qiáng)度450MPa以上的鋼板利用超細(xì)品等技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)，但對(duì)于壓力容器、石油儲(chǔ)罐、橋梁、軍工等重要結(jié)構(gòu)鋼板，很多標(biāo)準(zhǔn)和用戶(hù)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(xiàn)對(duì)于提高中厚鋼板廠(chǎng)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P(yáng)20等。目前，調(diào)質(zhì)熱處理線(xiàn)都是采用輥底式爐快速出爐后面配套輥壓式淬火機(jī)。5淬火+低溫回火對(duì)于耐磨鋼等要求表面硬度較高的鋼種多采用淬火+低溫回火。6在線(xiàn)直接淬火（DQ）+回火該技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)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(shí)施鋼板在線(xiàn)直接淬火，然后進(jìn)行離線(xiàn)的回火處理，可大大節(jié)約熱處理成本。目前在生產(chǎn)高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼、油罐鋼等鋼種時(shí)采用較多。中厚鋼板熱處理爐爐型分類(lèi)及比較1中厚鋼板熱處理爐爐型分類(lèi)中厚鋼板熱處理爐分類(lèi)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(yùn)送方式分為輥底式、步進(jìn)式、臺(tái)車(chē)式、外部機(jī)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(wú)氧化式加熱兩種。I中厚鋼板熱處理爐_連續(xù)式一I中厚鋼板熱處理爐_連續(xù)式一熱處理爐-輾底式一-明火加熱輾底式爐-輻射管加熱無(wú)氧化輪底式爐I-步進(jìn)梁式加明火加熱周期式間歇性熱處理爐-外部機(jī)械化式爐周期式間歇性熱處理爐-臺(tái)車(chē)式爐圖2中厚板熱處理爐分類(lèi)2輥底式爐和步進(jìn)式爐的比較輥底式爐和步進(jìn)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(jìn)式加熱爐主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有輥印和劃傷，用于特厚板熱處理有一定的優(yōu)勢(shì)，但投資大，維護(hù)要求高，鋼板最大輸送速度受到限制，由于難以實(shí)現(xiàn)高速出爐，后面不能與淬火機(jī)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火、回火及調(diào)質(zhì)等熱處理。這種爐子產(chǎn)量和機(jī)械化、自動(dòng)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(hù)氣體的輻射管加熱。無(wú)論是哪種加熱方式，都要保證爐溫的均勻性，并滿(mǎn)足要求的加熱和保溫時(shí)間。在此前提下，明火加熱時(shí)，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(shí)，爐內(nèi)通入氮?dú)獾缺Ｗo(hù)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(shuō)明的是：一般采用鋼板輻射管加熱，入爐前需經(jīng)拋丸機(jī)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(yán)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(guò)大導(dǎo)致鋼板判廢，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。表面氧化嚴(yán)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(diǎn)等缺陷。一些鋼廠(chǎng)對(duì)表面質(zhì)量要求高、價(jià)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(fèi)嚴(yán)重，增大熱處理量，成本上升，生產(chǎn)率很低，分離不及時(shí)還影響鋼板性能。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(jìn)梁式熱處理爐和輻射管無(wú)氧化輥底式熱處理爐。兩種供熱方式比較見(jiàn)表1。表1兩種供熱方式的比較項(xiàng)目輻射管加熱明火加熱溫度均勻性佳佳供熱能力良佳產(chǎn)品性能佳佳鋼板表面質(zhì)量佳良煤氣消耗比明火加熱稍高比輻射管加熱稍低電耗區(qū)別不大區(qū)別不大噸鋼氮?dú)庀?0「無(wú)對(duì)燃料熱值的要求不高高造價(jià)高較高與明火加熱相比，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(diǎn)較多，維護(hù)量相對(duì)較大。與輻射管加熱相比，明火加熱對(duì)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(huì)在一定程度上影響鋼板的表面質(zhì)量；同時(shí)燃料熱值的不穩(wěn)定，使得爐內(nèi)氣氛難以控制，因此直接影響鋼板的表面質(zhì)量，也會(huì)加重爐輥的積瘤。兩種供熱方式相比，燃料消耗差別不大，特別是近幾年來(lái)，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(jìn)一步提高，無(wú)論是爐溫均勻性、還是燃料消耗都獲得了很好的效果。從趨勢(shì)上看，除了用于不銹鋼固溶的高溫?zé)崽幚頎t采用明火加熱以外，隨著厚板行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，越來(lái)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(chē)底式爐、外部機(jī)械化式爐、罩式爐都屬于周期式間歇性生產(chǎn)的熱處理爐，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(chē)底式爐也稱(chēng)臺(tái)車(chē)式爐，采用傳動(dòng)臺(tái)車(chē)進(jìn)爐和出爐，常見(jiàn)于機(jī)械行業(yè)的熱處理車(chē)間，采用吊車(chē)裝卸鋼板，多用于正火