2009年,我國寬厚板生產(chǎn)企業(yè)在金融危機(jī)、市場競爭、環(huán)境保護(hù)、資源短缺等多重壓力下開始進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，重點(diǎn)完善了生產(chǎn)工藝流程，尤其是熱處理環(huán)節(jié)，旨在進(jìn)一步提升工藝裝備技術(shù)水平，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)市場競爭力，生產(chǎn)出以高強(qiáng)度鋼為代表的高附加值產(chǎn)品。

激烈市場競爭催生裝備新熱點(diǎn)

   僅僅幾年時間，我國寬厚板由供不應(yīng)求走向了產(chǎn)能大量過剩，且產(chǎn)品效益不斷下滑。據(jù)相關(guān)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，截至今年12月，全國在建和建成投產(chǎn)的2800mm以上四輥單機(jī)架、雙機(jī)架中厚板軋機(jī)42臺，產(chǎn)能超過7000萬噸。經(jīng)過了產(chǎn)能的迅速膨脹和市場的洗禮，今年寬厚板生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)放在了技術(shù)改造方面，特別是熱處理工藝的完善。他們更加注重技術(shù)創(chuàng)新和工藝要點(diǎn)的精確控制，力求以更低成本生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。同時，積極利用企業(yè)良好的市場信譽(yù)來鞏固市場，而不是盲目地?cái)U(kuò)張產(chǎn)能。

  從技術(shù)角度來看，研究開發(fā)1000MPa以上性能穩(wěn)定的低合金高強(qiáng)韌鋼、超高強(qiáng)韌鋼符合節(jié)能減排要求。所以，大力發(fā)展高強(qiáng)韌鋼，實(shí)現(xiàn)器件輕量化，減少鋼鐵產(chǎn)量，是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、逐步由鋼鐵大國轉(zhuǎn)變?yōu)殇撹F強(qiáng)國的重要一環(huán)。其中，低成本可焊接高強(qiáng)韌鋼生產(chǎn)成為關(guān)注焦點(diǎn)。

  低合金高強(qiáng)韌鋼生產(chǎn)以少加合金元素為前提，以多相組織控制為核心，以熱處理工藝和裝備為重要實(shí)現(xiàn)手段。目前，通過各種熱處理，我國汽車用鋼強(qiáng)度高達(dá)1500MPa；工程機(jī)械用鋼強(qiáng)度超過1000MPa，最高達(dá)到了1900MPa；深潛艦艇用鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到1200MPa以上；建筑、橋梁結(jié)構(gòu)用鋼屈服強(qiáng)度超過700MPa；管線用鋼達(dá)到X120級。在寬厚板高強(qiáng)韌鋼的規(guī)模生產(chǎn)過程中，淬火冷卻是必不可少的低成本生產(chǎn)工藝之一。

冷卻“瓶頸”制約軋材質(zhì)量提高

  目前廣為使用的管層流和水幕冷卻裝置，是使冷卻水在高位水箱產(chǎn)生的壓力作用下流出，形成連續(xù)水流。這種水流連續(xù)、穩(wěn)定地落到軋件上以后，動量轉(zhuǎn)化為沖擊力，擊破軋件與冷卻水之間的汽膜，可提高冷卻效率。但無論是管層流還是水幕，其擊破汽膜的范圍都是很有限的，僅限于在連續(xù)水流正下方的局部區(qū)域內(nèi)，離開這個區(qū)域，在軋件和冷卻水之間的界面上仍有大面積汽膜存在。無論層流冷卻、水幕冷卻，還是超快速冷卻方法都存在軋件上面和下面冷卻強(qiáng)度、均勻性不一致的問題。因?yàn)樵谲埣纳媳砻?，無論噴射冷卻還是層流冷卻，都會在表面形成一定厚度的積水，這層積水在軋件表面處于高溫狀態(tài)時會產(chǎn)生影響冷卻速度的汽膜。而鋼材下表面只能依靠噴射的方式實(shí)現(xiàn)冷卻，這種噴射冷卻方式是以點(diǎn)陣形式排列，所以冷卻均勻性和強(qiáng)度很難與上表面達(dá)到一致，尤其是形狀復(fù)雜的軋件。

 水-空交替控時淬火冷卻技術(shù)裝備主要通過注水系統(tǒng)將在線穿水冷卻設(shè)備外槽中的水抽出并注入內(nèi)槽，使內(nèi)槽水位高于輥道上表面。當(dāng)內(nèi)槽水位高于槽上的進(jìn)料口和出料口時，水由進(jìn)料口和出料口溢流出內(nèi)槽，被冷卻件在輥道的驅(qū)動下由進(jìn)料口進(jìn)入內(nèi)槽，并在水中穿過，最后由出料口傳送出內(nèi)槽，完成穿水冷卻過程。與現(xiàn)有技術(shù)裝備相比，其可實(shí)現(xiàn)被冷卻件的均勻冷卻，冷卻件上、下部冷卻強(qiáng)度基本相同，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、投資少，可通過在穿水冷卻區(qū)域設(shè)置攪拌或噴液的方法達(dá)到超快冷卻目的。

 水-空交替控時淬火冷卻作為具有發(fā)展?jié)摿屯茝V價(jià)值的新型技術(shù)裝備，目前已經(jīng)成功處理718、P20塑料模具鋼，42CrMo4船用曲軸，（2～4Cr13、H13、2Cr17Ni2、42CrMo）扁鋼，34CrNiMo6風(fēng)電軸、42CrMo齒圈、H13芯棒等高合金工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼等。該技術(shù)裝備既可應(yīng)用于離散部件的離線處理，也可應(yīng)用于軋線在線處理，特別適合于寬厚板、特厚板、H型鋼、優(yōu)質(zhì)棒材生產(chǎn)線的在線淬火處理。

新型裝備實(shí)現(xiàn)均勻冷卻

  水是廉價(jià)、環(huán)保的淬火介質(zhì)，它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、無污染、性能穩(wěn)定；缺點(diǎn)是在低溫階段的冷卻速度過快，淬火開裂傾向大。水-空交替控時淬火冷卻裝備有效解決了上述問題，在水冷加速冷卻時，冷卻過程從約850℃開始，到500℃至600℃之間結(jié)束。加速冷卻可使微觀組織細(xì)化，提高鋼板機(jī)械性能，這類鋼的微觀組織主要是細(xì)晶粒的鐵素體、珠光體，鐵素體、貝氏體，或是全貝氏體組織。直接淬火時，鋼板須實(shí)現(xiàn)快速冷卻，冷卻溫度從900℃左右快冷至低于250℃，直接淬火鋼通常為高硬度的貝氏體和（或）馬氏體組織，以及多相組織，一般用于機(jī)械、耐磨性能要求較高的結(jié)構(gòu)件。水-空交替控時淬火冷卻工藝裝備用于生產(chǎn)高強(qiáng)韌鋼，投資和應(yīng)用成本都較低。

 通過對實(shí)測材料的TTT曲線和物理性能參數(shù)等材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，并測量介質(zhì)的換熱系數(shù)，進(jìn)行物理模擬，然后確定冷卻工藝；同時，綜合對材料成分變化的影響、淬火邊界條件變化的影響、幾何尺寸變化的影響，以及其他因素的影響等工藝寬容度進(jìn)行評估，有關(guān)單位設(shè)計(jì)制造了水-空交替控時淬火冷卻生產(chǎn)線。采用水-空交替控時淬火冷卻技術(shù)裝備對厚度500mm、700mm的718塑料模具鋼處理后，通過截面硬度分布統(tǒng)計(jì)，硬度均勻性達(dá)到±1HRC。   與層流技術(shù)相比，該冷卻裝備結(jié)構(gòu)大大簡化，造價(jià)約減少50%。通過噴水的方式注水，依靠注入水的沖刷力將鋼板表面蒸汽膜沖刷掉，徹底解決了鋼板表面因存在蒸汽膜而影響冷卻能力的問題。鋼板上下表面可以獲得近似均勻一致的冷卻效果，該技術(shù)裝備不但適用于鋼板，也適用于異性材料的軋后淬火冷卻。另外，該技術(shù)裝備還成功解決了以下關(guān)鍵技術(shù)問題：鋼板表面水的吹掃（機(jī)械吹掃和壓縮空氣吹掃組合），輥道密封（平面密封技術(shù)），穿水淬火液面穩(wěn)定性，簡單有效提高水冷卻強(qiáng)度（超快速冷卻）。

 隨著汽車、工程機(jī)械、橋梁、船舶以及各種結(jié)構(gòu)輕量化、安全節(jié)能、環(huán)保、資源節(jié)約要求的不斷提高，寬厚板生產(chǎn)高強(qiáng)韌鋼已成為必然趨勢，水-空交替控時淬火冷卻技術(shù)裝備解決了其他冷卻方法產(chǎn)品力學(xué)性能低、水冷開裂等問題，在工藝上解決了輥道水封問題，提供了簡單有效的低成本快冷方法，為寬（特）厚板、H型鋼、優(yōu)質(zhì)棒材以及離散大型鍛件生產(chǎn)提供了新型裝備，為組織控制提供了精確控制方法，從而為高強(qiáng)韌鋼的開發(fā)創(chuàng)造了條件。

(來源：中國鋼鐵新聞網(wǎng))