TMCP技术的新进展

《TMCP技术的新进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TMCP技术的新进展（7页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、TMCP技术的新进展柔性化在线热处理技术与装备摘要TMP技术是改善产品质量的重要轧制工艺技术。近年来，在传统的加速冷却和直接淬火的基础上,柔性化的轧后在线热处理得到了快速发展，成为TCP技术发展的前沿和热点。重点介绍了在线热处理过程中应用的超快速冷却技术和再加热设备，并以实例说明了柔性化在线热处理技术在开发产品、降低成本方面的作用。 关键词 M柔性化在线热处理 技术与装备1传统的在线热处理技术 近年,在线热处理技术受到普遍重视。这是因为在线热处理利用轧制余热对钢材进行热处理，可省去离线热处理必须的二次加热，因而节省能源，简化操作,缩短了产品的交货期。同时,在线热处理可以利用材料热轧过程中积累的

2、应变硬化,在有些情况下可得到比离线热处理更优良的产品性能和质量。传统的在线热处理技术包括加速冷却技术和直接淬火（)技术。 11加速冷却技术 加速冷却是指在控制轧制后，在奥氏体向铁素体相变的温度区间进行某种程度的快速冷却，使相变组织比单纯控制轧制更加微细化，以获得更高的强度。加速冷却是在“控制奥氏体状态”的基础上,再对被控制的奥氏体相变进行控制。加速冷却设备依据产品形状进行设计，通常板带材采用棒状层流或者水幕层流冷却装置，冷却水压力00600 MPa,冷却水压力不高,但是动量较大,可以击破钢板表面残水膜，获得较强的冷却效果。冷却系统的设计应保证在钢板的纵向、横向和厚度方向冷却均匀。 加速冷却技术

3、与控制轧制技术一起构成了TC技术的核心。日本JFE福山厂（原KK福山厂）于1980年首次在中厚板轧机后成功采用加速冷却系统,命名为OAC(On-Line cclerat Cooig)。该冷却系统安装于精轧机与矫直机之间，上冷却系统是管层流式，下冷却通过安装与辊道辊之间的喷射式喷嘴对钢板进行冷却. 住友金属鹿岛厂也在20世纪80年代装备了加速冷却系统，命名为DAC(Dnamc Acelerated Cooling）,安装于轧机与矫直机之间.该系统是住友金属与IHI公司合作开发的。上冷却系统为水幕冷却，共有12个集管:下冷却为喷射式冷却，共有3个集管。上、下冷却系统均可以在10300%的范围内进行

4、水流量调节,最大用水量为90 m/mn.根据轧制品种的不同，上、下冷却系统的流量比可以调整为1：(。2.5)。 川崎制铁(现FE）水岛厂多动能加速冷却系统，命名为MACS（Muliuncioa clerted ooinSystem），该系统由加速冷却和直接淬火两个独立的部分组成。加速冷却的上集管为直管式，管理上属于水枕式冷却系统；下集管是特殊设计的带翼片集管。主集管侧面的一排孔喷出的高压水沿翼片分两股以水幕状喷向钢板下表面，其中位于上游方向的一股被钢板带回，重新落入翼片，可以重复使用,提高了水的利用效率.该冷却系统长0 m,总用水量为2003/in，对于50m厚的钢板，冷却速率可以在211/s

5、的范围内进行调节。 其他各厂,例如NSC开发了CLC系统,而神户制钢开发了KC系统，各具特色。 1。直接淬火（D）技术 20世纪八九十年代，在加速冷却技术的基础上发展了直接淬火（)技术,其可代替再加热淬火(R),将处于奥氏体区域两相区的热轧后的钢材直接水淬到室温.应用比较成功的例子是生产高层建筑用钢的DQ工艺（直接淬火两相区淬火回火）和DQ-T工艺（两相区直接淬火回火)。直接淬火装备是初期的压力淬火机和后来发展的辊式淬火机.日本的主要钢厂,如JF、C、住友、神户等均设有在线直接淬火设备。 川崎制铁水岛厂开发的CS系统中的直接淬火装置安装于加速冷却系统后面，长1m。直接淬火装置类似一个水箱，容积

6、2 0 m3,钢板在箱内浸没在冷却水中。冷却水箱有进水口和出水口.箱内安装有叶片式的搅动辊，加速水的流动，加强冷却水与钢板的热交换.高压淬火时,水压0。5 Pa，最大耗水量60 3/mi，低压淬火时，水压0。Ma，最大耗水量180 m/mi。 住友金属在常规加速冷却系统中安装了自主开发的DAC 系统（长14 m），该系统采用高压水上、下对称地喷射到钢板上、下表面，事先对钢板的冷却.2柔性化在线热处理装备 传统的在线热处理工艺和装备存在两个问题:一是轧后冷却过程是调整材料相变组织性能的重要阶段。为了得到所需组织性能，仅仅依靠冷却是不够的,有时还需加热，例如Q&过程.二是不能仅依靠加速冷却(低冷速

7、）和直接淬火,而应能在低冷速与直接淬火之间进行宽范围的冷却速度控制，控制冷却路径，甚至可以在线加热.这样,就可以依据材料所需的组织性能，在线控制材料的冷却路径、加热或冷却,即采用柔性化的热处理工艺。通过轧后柔性化的在线热处理,提升材料性能的空间极为广阔。在这种情况下,各种在线热处理新设备、新工艺应运而生.应当注意的是，除了加热和冷却设备外，生产线上的其他设备，例如热连轧的卷取机及各类钢材的精整设备也可能需要进行适应性的改造. 。1超快速冷却系统 .1erLAC 98年，JFE西日本制铁所对福山地区（原NK福山厂）厚板厂对原有的冷却系统OLC进行了改造，建设了SupeLA(Supe OnLine

8、 ccelra Cooing）新型加速冷却系统.该系统的最大特点是避开了冷却过程中的过度沸腾和膜沸腾阶段,实现了全面的核沸腾,具有可达极限冷却的冷却速率和极高的冷却均匀性.uperAC上冷却系统的喷嘴与钢板的距离较近，以一定的角度沿轧制方向将一定压力的水喷射到板面,将板面残存水与钢板之间形成的气膜吹扫掉，从而达到钢板和冷却水之间的完全解除,实现核沸腾，成为“新的水流控制冷却.该系统不仅提高了钢板和冷却水之间的热交换,达到较高的冷却速率,而且可以实现钢板的均匀冷却，大大抑制了钢板由于冷却不均引起的翘曲。其下冷却系统是由配置在水槽内的高密度喷嘴喷射冷却水，以其随半流的方式进行冷却，称为“带高密度导

9、管的吸入式喷水冷却。采用SupeOLAC系统，钢板冷却后表面温度分布均匀，与轧后钢板温度分布是一致的。uper-系统为福山厂的产品开发、成本降低发挥了巨大作用。 在川崎和NK合作成立JFE后，JFE仓敷地区水岛厂（即原川崎制铁水岛厂）于003年采用了Super-OLC系统,对于2m厚钢板，最大冷却速率可达到65/.200年，东日本地区京浜厂也采用了uper-OLC系统。 由于Supe-L系统具有很强的冷却能力，同时又具有很好的冷却均匀性，既可以实现加速冷却，又可以实现在线直接淬火，是新一代控制冷却系统。 .2CLC-系统 新日铁于1983年率先采用冷却前钢材矫直和约束冷却方式的冷却系统，称之为

10、CLC（Continuos oLineCntrol Prces），并应用于生产焊接性有良好的高强、高韧性钢材产品. 在CL应用的基础上,新日铁又开发了新一代控制冷却系统LCu，应用于君津厂的厚板车间。该系统0年3月竣工，当年月正式投产.在“CL”后面增加字母“u，有几层意思：一是表示可以实现精确的冷却控制，在物理冶金方面是“万能的”(Universl）；二是表示高水平的组织控制,晶粒尺寸细小，达到微米级；三是取Ulra,Utimate，nrived,Univeral，Uniform，iq,Unlimted,等词的头一个字母，表示优良的性质之意。CLC具有世界最高水平的冷却速率,C-u仍采用约束

11、型的控制冷却方式,但在冷却喷嘴的形式和水量控制方法等方面进行了根本性改变，大大提高了冷却控制性能。Cu系统可实现由高冷却速率到低冷却速率的极宽范围的稳定控制，冷却后钢板的温度偏差比通常减少一半，冷却均匀性大幅度提高，从而提高了板厚方向的硬度均匀性及钢板组织控制精度。 利用CC-技术，新日铁开发了焊接区高韧性的钢种HTUFF(r）、80以上级别的高强度抗大变形管线钢、0以下极寒冷地区使用的焊接性优良和焊接接头韧性优良的海洋结构用钢等新钢种，并大量供应市场。21.东北大学AL开发的ADCS系统 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RA）针对不同的钢材种类，开发了与之相适应的控制冷却系统,归

12、为一个家族,统称之为ACOS(vace oligSysem）系统。 针对中厚板,RA提出了一种倾斜喷射的超快冷+层流冷却的新设计概念，并申请了发明专利.该系统命名为ADCOS-PM（lat Mill）.其借鉴辊式淬火机实施淬火过程的基本原理,采用斜喷缝隙式喷嘴高密管式喷嘴的混合布置，将两者优点结合起来,极其均匀地将板面残存水与钢板之间形成的气膜清除，从而达到钢板和冷却水之间的完全接触,实现钢板和冷却水均匀接触的全面核沸腾。这不仅提高了钢板和冷却水之间的热交换，达到较高的冷却速率,而且钢板冷却均匀,大大抑制了钢板由于冷却不均引起的翘曲.为了保证钢板顺利通过超快冷系统,超快冷系统前面最好采用预矫直

13、机对钢板进行预矫直.这种新型的冷却系统既可以对钢板实施超快速冷却，也可以进行直接淬火。将ADOSPM的思想延伸，进一步应用到热连轧机,开发了ADCOSSM(tStip Mill)系统。其安装于精轧机出口，可以对钢板实施超快速冷却.在超快速冷却系统后面,是常规的加速冷却装置，它可以单独使用，进行加速冷却,也可以与超快冷进行接力式冷却，实现高轧制速度下的高冷却速率的直接淬火。 对棒材，RAL开发了ADCOSM（BarMill）系统，其核心是超快冷水冷器。水冷器由多节冷却管组成，总长度一般不大大于 ,在轧制速度小于20m/s时,水冷器总长度小于3 m。每节冷却管在轧件入口端由换装缝隙喷一定压力的冷却

14、水,冷却水与轧件同方向运动，但是速度高于轧件。冷却水在轧件的出口端流出.由于采用环状缝隙冷却，轧件冷却均匀,可以彻底消除现有的余热淬火水冷器存在的大规格产品上冷床后弯曲、小规格堵钢的问题。在大生产条件下可以彻底解决0 m热轧直角钢筋四线切分轧制的堵钢问题. 由于强化了冷却效果，所以可以提高冷床的冷却效率，从而提高产量。此外，利用热轧带肋钢筋超快速冷却技术，可以在少用或者不用合金元素的情况下，利用335 MPa级的2MnSi生产HB400、HRB500带肋钢筋,大幅度提高产品质量,降低生产成本。同时,该工艺的使用可以不改造主要设备，不降低作业率,不低温轧制，不余热淬火。 对H型钢，RL开发了AD

15、COSHBM（H am Mill)系统。由于常规控制冷却系统的冷却能力较差，冷却系统长度较长，同时型钢翼缘和腹板冷却条件不同，温差较大。东北大学RAL与有关厂家合作，发挥超快冷技术的优势,对H型钢翼缘何腹板等不同部位的冷却装置进行精细化设计，可以对翼缘和腹板进行均匀匀化的快速冷却.2009年底，ACOSB系统在马鞍山钢铁公司投入使用，为我国型钢的升级换代做出了贡献。 2。2在线加热装置 2.2.1在线感应加热装置 对中厚板进行热处理是生产高强度、厚规格产品的重要手段，因此各中厚板厂均配备相应的热处理设备,实现常化、调质、回火等热处理工艺. 200年，JE西日本制铁所福山厂安装了一套中厚板在线热

16、处理设备，0年5月投产，可以处理钢板宽度达4.5 m。该系统被称为HOP(Heat Tremn OlieProces)，是目前世界唯一一套中厚板在线热处理装置。HP安装于矫直机之后，为了提高加热效率,简化装置，采用巨大的感应线圈，可以对钢板进行高速率的加热。采用几台高频电源并联式同步传动,钢板内部的感应发热量由通过线圈的电流精密控制,感应发热量可以方便地换算成热流量.感应加热产生的热通量约为0107W/m2，这一数值比煤气加热高10倍,因此可以实现极大能量密度的加热。经过SurOL淬火的钢板通过HOP时，利用高效的感应加热装置进行快速回火,可以对碳化物的分布和尺寸进行控制，使其非常均匀、细小,

17、分散于基体之上，从而实现调质钢的高强度和高韧性。基于碳化物的微细、分散、均匀控制，通过最优组织设计，可以大幅度提高材料的性能，生产抗拉强度6001 10 Pa级，具有良好的低温韧性和焊接性能的调质钢等. 2.2.热处理炉在直接淬火装置后面采用热处理炉也是一种常见的热处理方式。例如ABSLUNA棒线材厂,在 m长的水冷-淬火线（QS)后面装设一台退火炉(OA）。 OA炉由一座可以实现退火或淬火、回火的步进梁式加热炉组成。ONA炉可以处理54m长直径为5105 m的圆钢和边长4016 mm的方钢.NA炉通过辊道装料和卸料.其燃料为天然气,新型换热式燃烧器节省了燃料的消耗，气体循环系统保证了炉内温度

18、的均匀性。 OA炉具有先进的程序控制系统QS，热电偶控制QCS系统.热电偶系统可自动控制钢材的温度，并保证ONA炉内的温度均匀一致。控制系统QCS还具有统计处理控制功能.钢材进入O炉的温度为100750.在实施淬火和回火时，利用直接冷却系统将钢材从9090均匀冷却到150，然后在OA炉内将钢材从150加热到700.钢材先进入1预热区域,然后逐步加热到设定温度。3柔性化热处理工艺及应用 3。ADOSM多彩的柔性化在线热处理工艺 中厚板ADOS-M系统由于采用了超快冷设备,为轧后冷却控制提供了多种选择.轧制阶段,依据钢种,可选择高温轧制和低温轧制。终轧后，可采用超快冷或C，实现不同速度冷却。采用超

19、快冷，可对终冷温度进行控制。如终冷温度处于铁素体相变温度区间,成为UFC；如终冷温度处于贝氏体相变温度区间，称为-B;如终冷温度处于马氏体相变温度以下，称为FC-M，或者称为DQ。对于FC-F、UFC-和DQ，后续还可以采用不同的热处理方式,例如不同速率的冷却、不同速率的加热,不同的加热温度区间等等，因而可得到不同的组织性能。采用ADOSPM与各种不同的后续冷却、加热过程配合，会使得轧后的热处理过程变得丰富多彩，具有极大的创新空间。3.2中厚板Supr-OLAC+HOP工艺 调质工艺时生产优质板的重要手段。目前生产调质钢板主要有3种工艺：一是传统的离线淬火+离线回火工艺；二是在线淬火+离线回火

20、工艺，利用布置于加速冷却装置后面或前面的淬火装置进行在线淬火,然后送到专用的离线回火炉中进行回火热处理；三是在线淬火在线回火工艺,目前世界上仅JFE有一套，其将SupOLAC与O组合起来，在轧制线上完成调质过程。 OP与Sper-OA组合在一起，可以灵活改变轧制线上冷却、加热的模式，所以与传统的离线热处理相比,过去不可能进行的在线淬火回火热处理,可以依照需要自由地设计和实现，钢板组织性能控制的自由度大幅增加。利用HOP工艺生产的钢板,材质均匀，屈强比低，该工艺特别适用于生产在寒冷地区和酸气环境中使用的高强、高韧管线钢。JFE已经完成了多批耐酸气的5、X7管线钢的供货任务。利用这种热处理装置开发

21、的610P级容器板，可以不进行预热，实行大热输入量焊接,从而降低客户的施工成本。在工程机械领域,用于大型阻尼屏及其加强件的78 P级刚才可以保证0下的低温韧性，同时又具有优良的弯曲加工性能,焊接预热温度也可以大幅度降低。吊车用的抗拉强度1100 MPa级的超高强钢,可以提高其耐氢脆特性,为用户合理设计和降低施工成本创造了条件。 在提高高强厚板质量的同时，由于淬火回火处理的连续化，制造工期可以缩短到20天左右，高强厚板的供货能力每月可以超过1万t，在交货期和数量等方面均能满足客户需求. 3。3线材+成卷T工艺 新日铁的室兰厂建设了1条线材在线淬火回火热处理线，其设备包括：淬火装置和回火炉。吐丝后

22、的成环线材在辊道上运输，可以控制进入后面淬火水槽的线材温度。辊道后面是淬火用的水槽，成环线材进入水槽后淬火。利用链式运输机拖动成环线材在水槽内运动,并将其拖出水槽。根据不同的钢种要求，水槽内可选用冷水或热水.热水应用于高裂纹敏感性的合金钢，由于在线材表面形成废水膜，所以热水提供的是软淬火条件。冷水应低裂纹敏感性的中碳钢。调整冷水喷入淬火池中的方向可以得到不同的搅动方式。 冷却后的线材在集卷器中集卷,然后钢卷悬挂在吊钩上，由钩式运输机送入回火炉,成卷进行回火处理。回火温度需要控制，以防止钢卷在回火中变形。采用低温回火,以释放溶于钢中的氢，并降低线材的硬度，防止线材的延迟断裂。 3.4棒材QOA工

23、艺 BSLN厂轧机区域后布置有0 m长的直接冷却系统（Q）。棒材进入在线退火炉（NA）前，直接淬火冷却系统（DQS）对钢材进行冷却或者直接淬火。 9 m长的DQS线由一系列水箱组成，可以处理2010 mm规格圆钢，生产能力3th。钢材在进入退火和回火设备(OA）前，通过DQS系统控制钢材温度。DQS水箱（每个水箱有4条线)可以根据产品品种，进行快速更换。根据需要，冷却或者淬火的钢材在随后布置的热处理炉ON中进行回火等热处理。4结语 在传统的控制和控制冷却的基础上，轧后在线热处理近年得到迅速发展，成为TP技术研究的新热点和前沿。在传统的轧后冷却方式(加速冷却和直接淬火）的基础上，已经开发出实用化的超快速冷却和再加热装置等新型在线热处理设备，因而可以涵盖从加速冷却的低冷速到直接淬火高冷速的全部冷速范围。各种控制方式的开始点和终止点可以依据需要控制，冷却路径可以按照工艺要求灵活控制和调整,所以材料的相变可以处于工艺过程的精细掌控之中,这为钢铁材料的减量化生产和性能提高提供了极为广阔的空间.加强轧后柔性化在线热处理工艺、装备、技术、产品开发和利用已成为轧制技术发展的重要趋势。 技术中心情报资料室摘编自中国冶金文摘文中不足之处，请您见谅！7 / 7