极限规格热轧板带钢产品热处理工艺与装备（之三）

钢板在辊式淬火机内的运行速度快慢，直接影响了钢板在高压冷却区的淬火时间。同时，淬火运行速度对淬后钢板板形也有一定的影响。淬火过程钢板上下表面水量设置有一定的比例关系，下水量大于上水量，尤其高压冷却区的水量比对板形的影响最为明显，当设定比例不合适时，辊速的减慢会扩大水量比对其板形的影响。辊速的降低，高压段的冷却时间增长，相当于增加了下表面的冷却强度，因此在板形控制过程中，辊速在某种程度上相当于水量比的影响。当钢板速度增加，钢板在高压淬火区时间将越少。钢板高压区淬火时间减少将显著影响钢板上表面，导致钢板出现瓢曲变形。

3）钢板自身条件对均匀冷却的影响

钢板自身条件是指板温、板形、表面质量等，它们对钢板冷却均匀程度有着重要影响。如果钢板表面存在氧化铁皮，由于其与钢的导热系数不同，将降低水的冷却效果；氧化铁皮的不均匀分布，导致钢板不均匀冷却。钢板表面存在麻点或其他缺陷，也将对钢板的冷却均匀性带来不利影响。在某种特定的淬火工况条件下，随着氧化铁皮厚度的增加，钢板表面综合对流换热系数呈急剧下降趋势，当氧化铁皮厚度为0.2mm左右时，表征钢板淬火过程热交换速率的对流换热系数降为正常过程的1/3。所以，淬火钢板的氧化铁皮分布情况也就直接影响到冷却过程的均匀性。为了保证薄规格钢板淬火过程的表面均匀性及上下表面的高度对称性，严格控制氧化铁皮的含量是必要的。抛丸机的质量直接关系到抛丸后钢板的表面质量，若抛丸及清扫不彻底，将氧化铁皮带入炉内，很容易造成炉底辊结瘤，不仅划伤钢板表面，而且结瘤清理困难。因此抛丸质量的好坏是影响产品表面质量的关键因素之一。

淬火前板温的不均匀直接决定了淬火开始温度的差异，在整个淬火过程中由于不同的组织变化带来不同程度的钢板变形。这点对薄板淬火过程尤为重要，一般来说同板温差需小于5℃。如果淬火前钢板存在着浪形和翘曲，那将会严重地破坏钢板的均匀冷却，因为钢板不平必引起冷却水分布不均匀。无论采用什么样的厚度和板形控制技术，所轧制产品总是要存在同板差和板凸度的。同板差的存在会引起板长方向和板厚方向的不均匀冷却；板凸度的存在会引起板宽方向和板厚方向的不均匀冷却。一般来说，钢板两边部存在压应力，加上冷却不均匀引起的热应力和组织应力，就会诱发钢板变形。因此，尤其对薄规格钢板来说，要尽可能控制及消除轧制、抛丸等工艺过程板形的变化。

3.2.2特厚钢板（120-250mm）极限冷速淬火工艺开发

厚度小于120mm特厚板，高温区（900-600℃）表面冷速增大对心部冷速提升较明显，因此，高温区采用冷却能力较强的缝隙喷嘴，快速降低钢板表面至1/4处温度，强化心部导热，提升整体厚向平均冷速，进而提高厚向组织均匀性。由于缝隙喷嘴过后钢板表面温度迅速降低至终冷温度，在缝隙喷嘴之间设计冷却能力相对较小的高密喷嘴，维持心表温差，在不影响厚向温度梯度的前提下节约不必要的冷却能力。中温区冷速对厚度小于120mm特厚板心部冷速影响不大，采用相对较低压力、较小流量的高密喷嘴，仅维持钢板内部导热处于上限值，不过度增加表面冷速，长时间持续降低钢板心部温度。

在表面冷却强度达到一定值（例如150mm，80℃/s）后，厚度大于120mm特厚板心部导热已近上限值，表面冷速变化对心部冷速影响不明显，进一步加大表面冷速作用不大。而心部至表面的导热能力更多取决于材料本身热物性参数，表面冷速只要维持钢板厚向温度梯度，即表面温度维持到一定值（120℃左右）即可。因此，仅采用冷却能力相对较弱的高密快冷喷嘴，维持一定的冷却能力。为增加方案的可靠性，钢板快速进入到冷却区，先以较高水压、较大流量较快速降低钢板近表面至1/4处温度，再调整水压和流量，以相对较低的冷却强度进一步维持心部导热上限值与表面换热的平衡，持续降低整体温度。

3.2.3超高强结构用钢、耐磨钢的研制超高强度结构用钢Q1300和耐磨钢NM600代表了目前调质钢板的最高水平。它们不但要求具有极高的强度，而且要求具有良好的韧塑性、焊接性和板形平直度，生产难度极大。该两种钢板主要被应用于超大型工程机械、矿山机械及水泥化工等装备的制造。目前世界上仅有瑞典钢铁公司（SSAB）可以生产。两种钢板的主要力学性能指标要求为：

Q1300：RP0.2≥1300MPa，1400MPa≤Rm≤1700MPa，A≥8%，KV2（-40℃）≥27J；NM600：570≤HBW≤640，KV2（-20℃）≥20J。

其研究内容主要包括：

1）超高强度结构用钢Q1300和耐磨钢NM600的成分设计；

2）超高强度结构用钢Q1300和耐磨钢NM600的热轧—冷却—热处理一体化组织性能控制技术研究；

）工业生产过程中铸坯的低/无缺陷控制技术，包括铸坯的低夹杂物控制技术、防开裂控制技术、防氧化控制技术等；

4）大宽幅高内应力薄规格钢板（4-10mm）轧制、热处理过程中的板形控制技术研究；5）超高强度结构用钢Q1300和耐磨钢NM600的焊接技术研究；

6）超高强度结构用钢Q1300和耐磨钢NM600的抗延迟断裂性能研究；

7）超高强度结构用钢Q1300和耐磨钢NM600的切削加工技术研究。这两种钢的研制，将带动调质钢从冶炼到热处理的整体技术发展，并形成一整套热轧—冷却—热处理一体化组织性能控制技术。

4预期效果

围绕高等级热处理关键装备和核心技术，通过4年时间开发成功如下关键技术与装备并形成示范线：1）淬火厚度为3-10mm极薄规格淬火关键技术和成套装备；2）100-250mm特厚规格钢板淬火关键技术和成套装备；3）大型板带钢低温高精度回火装备技术，最低回火温度为100℃；4）超高强结构用钢（Max1300MPa）、耐磨钢（MaxHB600）高端热处理工艺技术及产品。从而实现极限规格热处理装备、工艺技术及产品的创新突破。