專利名稱：提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法及其冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高鋼板綜合力學(xué)性能的方法，具體地指一種提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法及其冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
正火工藝是將鋼加熱到Ac3 (或Acm)點(diǎn)以上30 50°C，保溫一定時(shí)間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。由于空冷的冷卻速度較慢，晶粒在空冷的過程中還會聚集長大，導(dǎo)致鋼板強(qiáng)度降低，所以采用正火后空冷的方法，得到的鋼板性能將不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。如果選擇比空冷較快的冷卻速度進(jìn)行冷卻，獲得更加細(xì)化的組織，鋼板的綜合力學(xué)性能將會進(jìn)一步提高。因此在正火后選擇一種合適的冷卻工藝對于改善鋼板的組織和綜合力學(xué)性 能具有十分重要的意義。目前，解決正火后鋼板強(qiáng)度偏低的方法主要有(I)淬火機(jī)cooling模式的開發(fā)現(xiàn)有淬火機(jī)是設(shè)置在正火爐之后用于冷卻鋼板的水冷設(shè)備。使用該設(shè)備時(shí)，通過關(guān)閉淬火機(jī)部分水冷段，并精確設(shè)置其它水冷段的水流量、及鋼板上下表面水比，輥道運(yùn)行速度等參數(shù)，使淬火機(jī)水冷強(qiáng)度適宜，以實(shí)現(xiàn)鋼板正火后的加速冷卻，達(dá)到控制鋼板內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變，提高強(qiáng)度的目的。(2)氣霧冷卻和層流冷卻結(jié)合或者氣霧冷卻和噴射冷卻結(jié)合在正火爐后安裝一套冷卻裝置，冷卻形式為氣霧冷卻和層流冷卻結(jié)合或者氣霧冷卻和噴射冷卻結(jié)合。層流冷卻和噴射冷卻為水冷，其水壓力為O. I O. 5MPa ;氣霧冷卻為水氣混合冷卻，其水壓為O. I O. 6MPa，氣霧冷卻氣壓為O. 15 O. 8MPa。通過這種方式來實(shí)現(xiàn)正火后鋼板的加速冷卻，細(xì)化晶粒，提高鋼板的綜合力學(xué)性能。以上兩種方法是目前解決正火后鋼板空冷強(qiáng)度偏低的主要方法，都是通過正火后控制冷卻的方式來改善鋼板的內(nèi)部組織，達(dá)到提高鋼板強(qiáng)度的目的。但是以上兩種方法在實(shí)施的過程中存在著一些問題對于方法(I)由于是采用淬火機(jī)來實(shí)現(xiàn)加速冷卻，因此正火后鋼板必需先經(jīng)過拋丸才能進(jìn)爐，淬火爐一般為無氧化爐，輻射管加熱，熱效率低，且淬火爐設(shè)備維護(hù)成本高。生產(chǎn)時(shí)，用于淬火的高低壓水系統(tǒng)必須保持正常運(yùn)行，其生產(chǎn)成本高。對于方法(2)，對冷卻裝置中涉及的噴嘴的設(shè)計(jì)、冷卻方式的搭配要求較高。水氣配比穩(wěn)定才能確保冷卻均勻，冷卻范圍窄，對正火后鋼板的表面質(zhì)量要求較高，如果鋼板在爐內(nèi)產(chǎn)生了氧化鐵皮，采用這種方法冷卻時(shí)容易使鋼板冷卻不均勻，而且氧化鐵皮容易粘接在鋼板表面。同時(shí)，以上兩種方法只考慮了鋼板出爐后加速冷卻的工藝，并未考慮加熱對鋼板性能的影響，存在一定的局限性。綜上所述，正火后加速冷卻的方式已成為了一種提高正火鋼板強(qiáng)度的主要手段，但目前的技術(shù)還存在著一些局限性。因此，開發(fā)新的技術(shù)具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服通過熱機(jī)械軋制方法生產(chǎn)鋼板，正火后強(qiáng)度常低于標(biāo)準(zhǔn)下限的缺陷，提供一種通過控制鋼板的加熱、保溫、冷卻過程以提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法及其冷卻系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，包括以下步驟(I)采用正火爐處理鋼板時(shí)，將鋼板以Vl的速度通過加熱區(qū)、對鋼板進(jìn)行加熱，然后以V2的速度通過保溫區(qū)、對鋼板進(jìn)行保溫；(2)保溫結(jié)束后,利用水壓為O. 2 O. 8MPa的水霧對鋼板進(jìn)行冷卻,冷卻速度為10 30°C /s，鋼板的終冷溫度為500 750°C ；其中，Vl=(加熱區(qū)長度一鋼板長度一爐內(nèi)鋼板間距)/加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間；·所述加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間的確定方法為根據(jù)鋼板板厚計(jì)算鋼板達(dá)到正火加熱的目標(biāo)溫度所需的加熱時(shí)間，公式為1.3 1.6min/mmX鋼板厚度，該加熱時(shí)間即為加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間；需要說明的是，不同鋼板種類其正火加熱的目標(biāo)溫度不同，目標(biāo)溫度的確定為現(xiàn)有技術(shù)，可以根據(jù)常用經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)或?qū)嶒?yàn)得出，然后結(jié)合正火爐的加熱功率和實(shí)際情況，從上述公式中I. 3 1. 6min/mm選擇合適的系數(shù)。V2=保溫區(qū)長度/保溫區(qū)運(yùn)行時(shí)間，所述保溫區(qū)運(yùn)行時(shí)間為10 20分鐘。優(yōu)選地，所述步驟2)還包括，水霧冷卻前，利用壓縮氣體吹掃鋼板表面，以去除其表面附著的氧化鐵皮，在水霧冷卻后，利用壓縮氣體吹掃鋼板表面，以去除殘留其表面的冷卻水。所述步驟2)中的冷卻速度優(yōu)選為15 25 V /s,鋼板的終冷溫度優(yōu)選為600 700。。。所述步驟2)中的水霧的水壓優(yōu)選為O. 4 O. 6MPa。本發(fā)明還提供了一種提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，包括輥道，所述輥道上下設(shè)置有水霧冷卻裝置，位于所述水霧冷卻裝置前后的輥道的側(cè)邊均設(shè)有出風(fēng)朝向輥道內(nèi)側(cè)的壓縮氣體吹掃裝置，所述水霧冷卻裝置包括多組設(shè)置在輥道上方和下方的噴嘴，每組噴嘴沿輥道軸向設(shè)置，且從輥道邊緣至輥道中心方向噴嘴之間的間距遞減。所述壓縮氣體吹掃裝置包括多個(gè)設(shè)置在輥道上方的斜向下出風(fēng)的氣體噴嘴。所述多個(gè)氣體噴嘴的出風(fēng)方向和輥道所在平面的夾角均為135 150°所述多個(gè)氣體噴嘴沿遠(yuǎn)離水霧冷卻裝置的方向，其長度遞增，以擴(kuò)大氣體噴嘴的吹掃范圍。所述氣體噴嘴的出風(fēng)口為扁平出風(fēng)口，以提高風(fēng)速，且扁平的出風(fēng)口可以進(jìn)一步擴(kuò)大吹掃范圍。所述水霧冷卻裝置為提供O. 2 O. 8Mpa壓力水霧的冷卻裝置。高壓水霧，霧化更均勻，有利于均勻且快速為鋼板降溫。本發(fā)明的有益效果所提供的提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)對于寬、厚鋼板在加熱區(qū)利用大功率燒嘴，高溫快速加熱，保溫一定時(shí)間后，快速出爐，避免了奧氏體晶粒長大，為后續(xù)的加速冷卻提供了有利的條件。(2)采用正火后霧化冷卻的方式，鋼板迅速從正火溫度冷卻到60(T70(TC，減少了鋼板在冷床上的冷卻時(shí)間，提高了冷床的利用效率。(3)通過熱交換效率更高的水霧冷卻提高了鋼板的組織轉(zhuǎn)變的過冷度，有效的阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒，充分的發(fā)揮了鋼板熱處理過程中的組織細(xì)化提高強(qiáng)度的作用。采用水霧控冷冷卻能力范圍大，水直接從淬火機(jī)高位水箱連接，壓力穩(wěn)定，通過水霧冷卻噴嘴的合理布置，實(shí)現(xiàn)了鋼板橫向冷卻的均勻性。(4)通過在水霧冷卻裝置前添加壓縮空氣吹掃裝置，可以有效的避免鋼板在經(jīng)過水霧冷卻裝置后表面的氧化鐵皮附著在鋼板表面，影響鋼板的表面質(zhì)量；通過在水霧冷卻裝置后添加壓縮空氣吹掃裝置，可以有效的避免殘留的水在鋼板上晃動使鋼板冷卻不均。同時(shí)將冷卻過程中剝離的氧化鐵皮吹掉，避免鋼板返紅后粘貼在鋼板表面，影響表面質(zhì)量。應(yīng)用本發(fā)明方法所生產(chǎn)的鋼板，鋼板的屈服強(qiáng)度可以提高5(Tl00MPa同時(shí)鋼板的塑性和韌性基本保持不變，鋼板的一次性能合格率大大的提高，節(jié)約了成本，降低了能耗。此外，本發(fā)明提供的提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其設(shè)備簡單，投資少，可提高鋼板表面質(zhì)量，具有較好的實(shí)用性。
圖I為本發(fā)明的提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中水霧冷卻裝置的A— A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中噴嘴的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖I中壓縮氣體吹掃裝置的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4中氣體噴嘴的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為氣體噴嘴的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例I以鋼種Q370qE為例，詳述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，鋼種Q370qE的規(guī)格厚 BOmmX 寬 2500mm X 長 12000mm。第一步利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算鋼板Ac3溫度點(diǎn)，Andrews公式Ac3=910 — 203C1/2 — 15. 2Ν +44. 7Si+104V+31. 5Mo+13. Iff,適用于C < 0. 6wt%, Mn ^ 4. 9wt%, Cr ^ 5wt%, Ni ^ 5wt%, Mo ^ 5. 4wt%, (wt% 質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，根據(jù)Ac3的計(jì)算值確定得出鋼種Q370qE加熱的目標(biāo)溫度為880±10°C。第二步鋼板板厚計(jì)算鋼板達(dá)到正火加熱的目標(biāo)溫度所需的加熱時(shí)間，公式為
I.3" . 6min/mmX鋼板厚度,該加熱時(shí)間即為加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間；綜合考慮上述加熱的目標(biāo)溫度和正火爐的加熱功率，選擇系數(shù)I. 33min/mm，得出鋼種Q370qE的加熱時(shí)間為80分鐘。正火爐內(nèi)加熱區(qū)長度為65000mm，保溫區(qū)長度22000mm，爐內(nèi)鋼板間距1000mm，保溫時(shí)間選擇為10分鐘。則加熱段速度和保溫段速度分別為加熱段速度Vl= (65000 — 12000 — 1000) /80 =650mm/min=0. 65m/min
保溫段速度V2=22000/10=2200mm/min=2. 2m/min如果按照現(xiàn)有方法中爐子自動計(jì)算，得出的結(jié)果如下鋼板的運(yùn)行速度=(164367— 77834) /90=745. 33mm/min ^ O. 86m/min根據(jù)上述計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，首先采用正火爐處理鋼板，將鋼板以Vl的速度通過加熱區(qū)對鋼板進(jìn)行加熱，然后以V2的速度通過保溫區(qū)對鋼板進(jìn)行保溫；鋼板出爐后，進(jìn)入加速冷卻區(qū)域，進(jìn)行水霧冷卻，水霧壓力O. 5MPa，終冷溫度控制在700°C，冷卻速度25°C /S，且在水霧冷卻前利用壓縮氣體吹掃鋼板表面，以去除其表面附著的氧化鐵皮，在水霧冷卻后，利用壓縮氣體吹掃鋼板表面，以去除殘留其表面的冷卻水。鋼板尾部離開控冷區(qū)后，位于控冷區(qū)后面的檢測光柵檢測不到鋼板信號時(shí)關(guān)閉冷卻裝置，鋼板出了冷卻裝置后進(jìn)入矯直機(jī)到冷床空冷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果下面是2批鋼種Q370qE的鋼板分別采用現(xiàn)有正火及冷卻方法和采用本發(fā)明的提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，所獲得成品的性能比較。表I常規(guī)正火后Q370qE性能
權(quán)利要求
1.一種提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 1)采用正火爐處理鋼板時(shí)，將鋼板以Vl的速度通過加熱區(qū)對鋼板進(jìn)行加熱，然后以V2的速度通過保溫區(qū)對鋼板進(jìn)行保溫； 2)保溫結(jié)束后，利用壓力為O.2 O. 8MPa的水霧對鋼板進(jìn)行冷卻，冷卻速度為10 300C /s，鋼板的終冷溫度為500 750°C ； 其中，Vl=(加熱區(qū)長度一鋼板長度一爐內(nèi)鋼板間距)/加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間，單位為m/min ； 所述加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間的確定方法為根據(jù)鋼板板厚計(jì)算鋼板達(dá)到正火加熱的目標(biāo)溫度所需的加熱時(shí)間，公式為I. 3 I. 6min/mmX鋼板厚度，該加熱時(shí)間即為加熱區(qū)運(yùn)行時(shí)間； V2=保溫區(qū)長度/保溫區(qū)運(yùn)行時(shí)間，單位為m/min，所述保溫區(qū)運(yùn)行時(shí)間為10 20min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述步驟2)中，在水霧冷卻前利用壓縮氣體吹掃鋼板表面，以去除其表面附著的氧化鐵皮，在水霧冷卻后，利用壓縮氣體吹掃鋼板表面，以去除殘留其表面的冷卻水。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述步驟2)中，冷卻速度為15 25°C /s，鋼板的終冷溫度為600 700°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述步驟2)中，水霧的壓力為O. 4 O. 6MPa。
5.一種提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，包括輥道(1)，所述輥道(I)上下設(shè)置有水霧冷卻裝置(2)，其特征在于位于所述水霧冷卻裝置(2)前后的輥道(I)的側(cè)邊均設(shè)有出風(fēng)朝向輥道(I)內(nèi)側(cè)的壓縮氣體吹掃裝置(3)，所述水霧冷卻裝置(2)包括多組設(shè)置在輥道(I)上方和下方的噴嘴(4)，每組噴嘴(4)沿輥道(I)軸向設(shè)置，且從輥道(I)邊緣至輥道(I)中心方向噴嘴(4)之間的間距遞減。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮氣體吹掃裝置(3)包括多個(gè)設(shè)置在輥道(I)上方的斜向下出風(fēng)的氣體噴嘴(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述多個(gè)氣體噴嘴(5)的出風(fēng)方向和輥道(I)所在平面的夾角均為135 150°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述多個(gè)氣體噴嘴(5)沿遠(yuǎn)離水霧冷卻裝置(2)的方向，其長度遞增。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述氣體噴嘴(5)的出風(fēng)口(6)為扁平出風(fēng)口。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述水霧冷卻裝置(2)為提供O. 2 O. 8Mpa壓力水霧的冷卻裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的方法，通過合理延長鋼板在正火爐中加熱區(qū)的運(yùn)行時(shí)間和縮短鋼板在保溫區(qū)的運(yùn)行時(shí)間，避免了鋼板中奧氏體晶粒長大，為后續(xù)的加速冷卻提供了有利的條件。然后采用正火后霧化冷卻的方式，使鋼板迅速從正火溫度冷卻到600~700℃，熱交換效率更高的水霧冷卻提高了鋼板的組織轉(zhuǎn)變的過冷度，有效的阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒，充分的發(fā)揮了鋼板熱處理過程中的組織細(xì)化提高強(qiáng)度的作用。本發(fā)明還提供了一種提高正火鋼板綜合力學(xué)性能的冷卻系統(tǒng)，其設(shè)備簡單，投資少，可提高鋼板表面質(zhì)量，具有較好的實(shí)用性。
文檔編號C21D1/00GK102912091SQ20121039161
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者王明亮, 張俊峰, 楊波, 劉貴剛, 卜勇, 王成, 歐陽坤, 宋曉亮, 郭曉飛, 徐印根, 許友云, 周維, 楊斌, 李永生 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司