中厚板表面熱處理技術(shù)

1、中厚板表面熱處理技術(shù)金屬表面處理的方法1前言中厚板的控軋控冷工藝發(fā)展很快，目前很大一部分通過(guò)控軋控冷工藝生產(chǎn)的鋼板可以取 代熱處理鋼板，即可節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本，而且從質(zhì)量和性能上說(shuō)也不次于熱處理鋼板。然而，從當(dāng)今的中厚板控軋控冷技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，中厚板的表面熱處理工藝仍然還不能取 消。這是因?yàn)椋?）從工藝上說(shuō)，退火、回火、調(diào)質(zhì)、緩冷等表面處理用控軋控冷工藝還實(shí) 現(xiàn)不了； 2）從鋼種上說(shuō)，耐壓、耐候、抗壓板、海上平臺(tái)板、模具工具板、高中壓鍋爐容 器板、合金結(jié)結(jié)板、橋梁板、不銹鋼板及高牌號(hào)管線與船用板等，目前采用控軋控冷工藝尚 有困難；3）從板厚上說(shuō)，控軋控冷工藝多用于板厚在30mm以下。而且線外

2、熱處理鋼板的性 能比較均勻穩(wěn)定，偏差也小。特別是熱軋鋼板性能不合要求時(shí)，通過(guò)線外熱處理尚有補(bǔ)救的 可能，一些控軋后鋼板還可作為熱處理的基板，使熱處理鋼板性能達(dá)到更高更完美。當(dāng)前，寬厚板性能的重要性越來(lái)越被人們所共識(shí)，一個(gè)現(xiàn)代化寬厚板廠的熱處理工序， 應(yīng)該說(shuō)是確保生產(chǎn)出高性能鋼板所不可缺少的。2中厚板熱處理的特點(diǎn)2.1處理種類齊全隨著用戶對(duì)中厚板品種和質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，與其他鋼材相比，中厚板熱處理種類 要求更加齊全，有正火（?；⒄{(diào)質(zhì)（淬火+回火、正火+回火）、高溫回火、退火、淬火（水 淬、油淬）及緩冷等方法，通常以正火處理最為普遍。2.2熱處理量大在熱軋鋼材中以中厚板熱處理量較大，一個(gè)現(xiàn)

3、代化中厚板廠熱處理量約占總產(chǎn)量的20% 以上。2.3處理鋼板尺寸與面積大熱處理中厚板最寬可達(dá)5400mm，最長(zhǎng)達(dá)到27m，一般要求長(zhǎng)達(dá)18m，因此，爐子尺寸很大， 有的熱處理爐內(nèi)寬達(dá)5800mm，長(zhǎng)達(dá)102m。2.4鋼板單重大一塊鋼板通常重達(dá)20t30t，最重可達(dá)到1250t，因此，需要為之配套裝出爐機(jī)械與吊 車安置大噸位的設(shè)備。2.5淬火和快冷用水量大由于鋼板單重大，淬火與快冷瞬間用水量高達(dá)10000m314000m3,供水系統(tǒng)很龐大，多 數(shù)都需設(shè)有儲(chǔ)水池或水塔來(lái)滿足。2.6鋼板易瓢曲變形與劃傷鋼板高溫急冷、噴水不均勻，容易引起不均勻變形，造成鋼板瓢出，需有強(qiáng)力矯平設(shè)備。 鋼板高溫轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，下

4、表面容易劃傷和粘鐵皮，因此，現(xiàn)代化爐多采用拋丸法除鐵皮和保護(hù)氣 氛輻射管加熱方式。2.7在線熱處理利用軋后高溫進(jìn)行在線直接淬火與快速冷卻處理，可以減少熱處理設(shè)備和節(jié)省燃耗。現(xiàn) 在國(guó)內(nèi)外都普遍在軋機(jī)后安設(shè)快冷裝置，已成為一項(xiàng)非常實(shí)用的新技術(shù)。3熱處理方法種類中厚板熱處理種類較多，通常有正火（?；穑?、回火、淬火、退火及緩冷等六種金屬表 面處理方法?，F(xiàn)代中厚板生產(chǎn)以正火居多，近年來(lái)調(diào)質(zhì)處理也增多。3.1正火將板加熱至Ac3以上30C50C，以一定速度冷卻至常溫。板厚20mm以下空冷，厚20mm 50mm需加速冷卻，而厚50mm以上正火效果差。C0.3%的鋼板正火類似于退火，只是晶粒更 小。C2 0.

5、3%的鋼板正火的6b、6s比退火高。C越高，正火后6b、6s提高越多，而6、 小則降低。含Cr、Ni低合金鋼的正火效果更明顯。因此，正火是中厚板改善性能經(jīng)濟(jì)有效 的措施。采用爐型以保護(hù)氣氛輻射管加熱輥底式爐為主，在歐洲采用外部機(jī)械化室式爐也不 少。目前，大部分正火板鋼板都可采用TMCP工藝來(lái)生產(chǎn)，而且晶粒更細(xì)，韌性更好，特別 是船、管用板的焊接性能更能滿足用戶的要求。3.2調(diào)質(zhì)將鋼板加熱至Ac3以上30 C50C，急冷淬火或自冷正火方法，緊接著加熱至略低于 Ac1，急冷或空冷回火后鋼板可獲得較高的綜合性能，而且內(nèi)應(yīng)力小。目前，鍋爐容器、艦艇、海上平臺(tái)，工程機(jī)械用板及重要建筑等用高合金、高強(qiáng)度鋼

6、板 采用調(diào)質(zhì)處理比較多，一般均采用保護(hù)氣氛輻射管加熱輥底式淬火正火爐、直火回火爐及輥 式淬火機(jī)作業(yè)線來(lái)處理。對(duì)于有回火脆性的合金鋼板應(yīng)當(dāng)在淬火后及時(shí)進(jìn)行高溫回火后快冷。而一些淬火后內(nèi)應(yīng) 力比較大的鋼板也應(yīng)及時(shí)回火，以消除回火脆性。一般說(shuō)，軋后直接淬火可代替調(diào)質(zhì)熱處理的淬火，另外，TMCP工藝也可達(dá)到調(diào)質(zhì)的要 求，但穩(wěn)定性與均勻性比較差。一些重要用途鋼板還不能取消線外熱處理工藝來(lái)完成。3.3回火一般以高溫回火方法為主，將鋼板加熱至600CAc1后緩慢冷卻。目的是消除內(nèi)應(yīng)力， 降低硬度，防止“白點(diǎn)”形成。主要用于Cr、Ni等合金鋼?；鼗馉t爐型有輥底式、罩式、室式及車底式等，因處理溫度比較低，一般均

7、采用直火加 熱方式。3.4淬火淬火方法是將鋼板加熱至Ac3及Ac1以上，隨后急冷。目的是獲得所要求的物理、力學(xué) 性能。如不銹鋼進(jìn)行固溶處理，加熱至1050C1150C水冷淬火，獲得均一的奧氏體組織， 保證有高的抗蝕性能。爐型以輥底式為主，厚板有用室式和車底式爐。為了避免劃傷，一般不用壓力淬火方式， 而厚板多用水槽浸淬方式。3.5退火退火方法要求不同，其加熱溫度也不一樣，一般Ac3、Ac1及Acm上下溫度，且以足夠 時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻。目的是降低變形抗力，提高塑性，以利于切削加工或壓力加工； 消除內(nèi)應(yīng)力；擴(kuò)散氣體，均勻細(xì)化結(jié)晶組織。爐型有罩式、室式及車底式。厚板處理以車底式爐為主，而中板處理

8、以罩式和室式居多。3.6緩冷將軋后鋼板余溫進(jìn)行緩慢冷卻至150C以下，目的是消除“白點(diǎn)”和避免表面裂縫。4中厚板熱處理爐型中厚板熱處理用爐子有輥底式、車底式、外部裝出料機(jī)室式、罩式、雙步進(jìn)梁式及緩冷 坑等六種型式?，F(xiàn)代化中厚板廠都設(shè)有輥底式，只有生產(chǎn)大單重特厚的特殊品種時(shí)才增設(shè)其 他相應(yīng)爐型。4.1輥底式爐鋼板經(jīng)輥道送入爐內(nèi)，爐底輥連續(xù)或擺動(dòng)往復(fù)輸送中進(jìn)行加熱處理，爐底輥經(jīng)齒輪或鏈條由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，適于大量正火，但非常不經(jīng)濟(jì)。高溫處理中多用輻射管加熱和氮?dú)獗Ｗo(hù)， 但處理前應(yīng)經(jīng)拋丸清除鐵皮。目前，爐子最長(zhǎng)達(dá)102m，處理板寬達(dá)5350mm，溫度高達(dá)1200P。爐底輥結(jié)構(gòu)多用平輥，很少用花輥。材質(zhì)屬

9、Cr-Ni體系耐熱鋼。處理溫度950P以下用 25Cr20Ni，700C 以下用20Cr10-12Ni，而 1150C 時(shí)用28Cr20Ni。爐子配置常見(jiàn)有五種型式：1）為一座輥底式正火爐，除了正火處理以外，可進(jìn)行正火 加回火的調(diào)質(zhì)處理，另外可進(jìn)行單獨(dú)的回火處理，但不能做正火后立即回火處理，故不適用 有回火脆性的鋼板。重鋼五廠采用此型式，國(guó)外有許多廠只用于正火處理，不設(shè)淬火機(jī)，產(chǎn) 品受到一定限制。但這種配置比較經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)量比較小，必要時(shí)也可建在軋機(jī)作業(yè)線上或旁側(cè)， 冷卻比較充分，且可省去一臺(tái)矯直機(jī)。2）為一座淬火正火（回火）爐，情況與1）相似，只 是多了一臺(tái)淬火機(jī)，可以做淬火處理，生產(chǎn)淬火回火的

10、調(diào)質(zhì)鋼板。3）為一座淬火正火爐和 一座回火正火爐兩座爐子組成，并設(shè)有連接輥道，可生產(chǎn)淬火加回火有回火脆性的調(diào)質(zhì)鋼板。 正火處理時(shí)，產(chǎn)能比較大，而且能夠充分冷卻。如德國(guó)迪林根廠采用此配置與軋機(jī)作業(yè)線相 連，省去許多設(shè)備，一爐多用，經(jīng)濟(jì)且靈活。在實(shí)現(xiàn)控軋控冷條件下這種配置型式被認(rèn)為是 最理想的辦法，無(wú)論產(chǎn)能還是品種都可達(dá)到圓滿的要求。4）為正火，淬火及回火三座爐子 組成，舞鋼厚板廠采用此配置，將調(diào)質(zhì)線和正火線分開(kāi)，調(diào)質(zhì)板產(chǎn)量高，質(zhì)量有保證，但投 資比較大。國(guó)外這種配置也不少，特別是對(duì)一些特殊鋼板生產(chǎn)廠更為有利。5）為正火，淬 火及回火三座爐子組成，情況與4）相似，但生產(chǎn)靈活性好，正火板冷卻比較充分

11、。4.2車底式爐鋼板裝在臺(tái)車上送入爐內(nèi)加熱處理，一般不用保護(hù)氣體，為使溫度分布均勻以循環(huán)風(fēng)機(jī) 將爐內(nèi)氣氛再循環(huán)。適用于小批量大單重特厚特殊品種的退火、正火、回火等熱處理，單重 可不限制。與罩式爐相比，吊車噸位小，廠房軌面標(biāo)高低，但燃料單耗大，設(shè)備重一些。每座車底式爐裝料量為150t，加熱時(shí)間為19h，裝出爐時(shí)間為1h，每爐生產(chǎn)周期為20h， 小時(shí)產(chǎn)量為7.5t，年工作時(shí)間為7000h。則每座爐子年產(chǎn)量5.25萬(wàn)t。年需處理15萬(wàn)t，選用 三座爐子，負(fù)荷率達(dá)95%。采用三座爐子平行一排布置方式，配置一臺(tái)吊車，起重噸位按最大單重鋼板來(lái)選定。4.3室式爐室式爐裝出料靠外部機(jī)械化裝出料機(jī)，先將要處理鋼

12、板吊至臺(tái)架上，目前裝出料機(jī)最大 裝出料重達(dá)20t，一次裝出料塊數(shù)不能超過(guò)20t。室式爐裝出料靠外部機(jī)械化裝出料機(jī)，先將要處理鋼板吊至臺(tái)架上，目前裝出料機(jī)最大 裝出料重達(dá)20t。以80mm * 3200mm * 7500mm、單重15t板進(jìn)行退火處理為例，加熱速度定為3min/mm，加 熱時(shí)間需240min，裝出料時(shí)間需20min，則生產(chǎn)周期為260min。一座爐子生產(chǎn)能力為3.46t/h， 年生產(chǎn)能力為24000t，年處理量為10萬(wàn)t時(shí)，設(shè)置5座爐時(shí)負(fù)荷率達(dá)83%。爐子間各配置一個(gè)裝出料臺(tái)架，采用一臺(tái)裝出料機(jī)為4座爐子工作，應(yīng)該說(shuō)是很理想的 一條熱處理作業(yè)線。4.4罩式爐表面處理設(shè)備鋼板裝于爐

13、座上，用吊車將罩子蓋上加熱處理，對(duì)于厚板采用保護(hù)氣體，適用于大量生 產(chǎn)中厚板的退火和高溫回火等熱處理，也可作為緩冷用。投資少、產(chǎn)能大、吊運(yùn)爐罩要求吊 車噸位大、廠房軌面標(biāo)高一些，同一跨內(nèi)設(shè)置多座時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。裝料量過(guò)大時(shí)，加熱時(shí)間長(zhǎng)， 容易產(chǎn)生脫碳與板型瓢曲，且氧化也比較嚴(yán)重。每個(gè)爐座裝料量為150t，但生產(chǎn)周期比車底式爐長(zhǎng)，達(dá)到30h，小時(shí)產(chǎn)能為5t，每個(gè)爐 座產(chǎn)量為3.5萬(wàn)t。年處理量為15萬(wàn)t，需要設(shè)置5座爐子，用一臺(tái)大吊車是合理的，如爐子在3座以下時(shí)，大吊車高廠房就不經(jīng)濟(jì)了。4.5雙步進(jìn)梁式爐表面處理設(shè)備雙步進(jìn)梁式熱處理爐，也稱為同步式爐。它與步進(jìn)梁加熱爐不同，沒(méi)有固定梁，由兩組 可動(dòng)梁組成，第一組可動(dòng)梁將鋼板抬升前進(jìn)，第二組可動(dòng)梁升起從第一組可動(dòng)梁上接過(guò)鋼板 并送進(jìn)。如此循環(huán)工作，鋼板如同爐底輥運(yùn)輸一般，可保持作業(yè)中心線不變，以一定速度連 續(xù)平滑地運(yùn)送。在運(yùn)送中不會(huì)劃傷鋼板下表面，并可與裝出料輥道完全同步，其運(yùn)送速度可 自由調(diào)整，不但可逆送，且能停下，可滿足處理厚而大面積鋼板，同時(shí)不需要防備電源事故 的緊急措施。這種爐子的配置處理能力計(jì)算可仿照輥底式爐。但產(chǎn)能比較低。4.6緩冷坑緩冷坑有加熱和非加熱之分，加熱緩冷坑多用高合金鋼板生產(chǎn)，要求緩冷溫度比較高和 緩冷時(shí)間比較長(zhǎng)。每個(gè)坑平均裝坑