高强碳素中厚板辊式淬火机研制

1 项目背景 　　

   为提高中厚板产品档次和热处理产品产能，丰富开发、生产钢材新品种的手段，拓宽中厚板产品的种类，满足一系列高等级碳素钢中厚板新产品的开发需要以及提高新钢核心竞争力。中厚板辊式淬火机作为新钢新建热处理线的核心设备，成败与否作用关键。实际上，新钢公司立项决策之时，国内不少钢铁企业仍在坚持引进的理念，原因在于对国内自主知识产权的辊式淬火机设备仍存在一定的顾虑：临钢3200mm辊式淬火机主要用于不锈钢板材生产，对于碳素钢淬火工艺，国产淬火设备是否会存在风险。后经过慎重考察，认为国内在中厚板材淬火冷却技术及工艺开发方面科研技术实力雄厚，临钢国产首套自主知识产权的中厚板辊式淬火机用于不锈钢及部分碳素钢淬火处理已具备开发能力。为此，立足国内，自主集成了国内首条3800mm中厚板现代化热处理淬火线。 

2 技术参数和主要特征 　　

    辊式淬火机有效淬火宽度为3800mm，长度约25500mm。由检测辊道、固定框架、移动上框架、输送辊道、提升机构、喷水冷却系统和机后吹扫装置等设备组成。淬火机淬火冷却区由高压淬火区和低压淬火区组成，配备具有我国自主知识产权的淬火喷嘴系统及淬火工艺一级、二级自动化系统。可根据钢种、规格选择淬火模式参数，实现辊缝、水量、辊速等工艺参数及淬火冷却过程的全自动控制。此外，为满足新钢公司厚板产品的个性化（厚板长度规格最长达18000mm）需求，辊式淬火机设计的低压淬火区长度约为20000mm，设有4个淬火冷却段，为国内目前淬火分区最长的辊式淬火机设备，可满足厚度6mm~100mm（最大120mm）、宽度1500mm~3600mm、长度3000mm~18000mm宽厚板产品的淬火生产需要。 2.1 薄规格宽幅钢板均匀性冷却技术 　　中厚板淬火过程的板形控制是辊式淬火机淬火工艺实际应用中非常重要的问题。淬火后板形的好坏是淬火过程中钢板冷却均匀与否的直接体现，也是淬火过程中钢板内应力综合作用的宏观表现。尤其对于极限薄规格淬火钢板，其对淬火工艺参数的敏感性极高，故保证各工艺参数的合理性和稳定性极为重要。钢板淬火后的马氏体层硬度很高，使钢板的屈服强度大幅度提高，若淬火后板形太差，则很难得到矫正。且钢板宽度越宽，厚度越薄，其宽度方向的冷却均匀性控制难度也越大，淬火过程的板形控制难度亦愈大。对淬火设备的冷却均匀性要求越高，尤其是淬火喷水系统宽度方向的流量分布均匀性以及宽向冷却均匀性控制手段，是必须在设计过程中予以充分考虑的关键技术问题。因此采用国内研发的狭缝式喷嘴，应用钢板宽向的流量分区控制技术。即通过对淬火系统流量分布的有效控制。通过上下表面冷却速度的高精度稳定控制技术，实现了极限薄规格淬火钢板宽向温度均匀性控制。 2.2 厚规格钢板淬火后淬硬层深度 　　对于厚板而言，淬火工艺的关键是保证获得合理的板材淬硬层深度。板材淬火的淬硬层深度取决于钢的淬透性、截面尺寸、淬火介质冷却特性及淬火设备的冷却能力。淬透性是钢的一种属性。在淬火介质确定的前提下，淬火设备的冷却能力是钢板淬火的重要外部条件，表现为钢板淬火过程的冷却速度。淬火过程由淬火介质与淬火钢板表面之间的热交换过程和从钢件内部向表面的热传导过程组成。前者是淬火介质从钢板表面将热量带走及热量在介质中向外扩散的过程；后者是热量从钢板内部向表面扩散的过程。为此，在温度场理论计算及前期工作经验的基础上，提出了合理的水量参数、辊道传动电机转速等关键工艺设计参数。

3 高强度碳素钢调质板生产 　　

    该设备于2009年2月开始进行第一阶段的淬火工艺调试，至2009年4月，已经对07MnNiMoVDR、XGQ690E、XGCF62等多个钢种12mm～50mm多个规格的钢板进行了淬火工艺调试。在新钢高等级调质板材如耐磨钢系列、高强结构钢系列，以及压力容器用钢等产品淬火工艺开发调试过程中，成功开发了适合新钢产品特点的辊式淬火机淬火工艺。淬火后实测板材性能（包括表面和厚度方向硬度及均匀性）和平直度等指标，均达到或优于国家标准及同类进口设备生产的实物水平。 　　尤其需要指出的是，辊式淬火机项目开发成功的厚度为6mm~10mm薄规格板材的淬火工艺，在国内外均具有重要的标志性意义。原因在于对低合金高强度钢6mm~10mm厚度的薄规格板材淬火工艺。由于板材厚度薄，淬火过程中板材对淬火冷却均匀性要求极高。淬火过程的板形控制难度非常大，属于板材淬火生产的极限工艺技术，具有极高的工艺难度，是低合金高强度薄板热处理生产工艺公认的关键技术难题。根据考察，国内企业配备的同类进口设备实际也仅能实现12mm厚度以上规格生产。由于薄规格低合金高强钢板材产品淬火工艺难度大，导致高强薄规格板材产品的供货价格很高。当前世界上也仅有瑞典等国外一两个厂家能够实现连续稳定生产及供货，处于垄断地位，具有可观的市场前景。新钢公司开发的薄规格耐磨钢板材产品的淬火工艺，淬火后板形良好，能顺利实现6mm~10mm厚度低合金高强度钢板材淬火工艺的连续稳定生产。淬火后实测板材性能（包括表面和厚度方向硬度及均匀性）和平直度等指标均达到或优于国家标准及同类进口产品实物水平，在国内外均具有很高的市场竞争力。为企业满足低合金高强度钢板材产品规格的系列化供货需要提供了关键工艺技术支撑，同时也为新钢公司高等级系列化热处理产品的开发工作奠定了坚实的设备基础。

4 主要创新点 　　

    3800mm辊式淬火机项目实施过程中取得了同类设备项目的如下国内之最： （1）实现国内厚度最薄（6mm厚度）的低合金高强度钢板材淬火工艺的连续稳定生产。低合金高强钢薄规格板材的淬火工艺属于板材淬火的极限工艺技术，同类进口设备实际也仅实现12mm厚度以上规格生产。对于6mm~10mm厚度板材淬火工艺，由于板材厚度薄，淬火过程板形难以控制，淬火后的板材板形控制是公认的关键技术难题。新钢3800mm辊式淬火机顺利实现6mm~10mm厚度低合金高强度钢板材淬火工艺的连续稳定生产，满足了企业低合金高强度钢板材产品规格系列化供货需要，实现了板材极限淬火工艺的重大技术突破，具有重大的工程示范意义。 （2）淬火工艺调试周期最短。从设备安装完毕至完成高等级板材产品如压力容器、低合金耐磨钢以及高强结构钢系列等淬火工艺调试和投产，实际有效调试时间仅约为45天。 （3）淬火工艺调试用板量最少。设备安装完毕后，完成新钢压力容器、低合金耐磨钢以及高强结构钢系列等高等级碳素钢板材淬火工艺调试。16mm厚度以上规格均以1～2块调试板即完成淬火工艺调试；尽管16mm厚度以下薄规格板材淬火工艺难度非常大，平均仅需6～8块调试用板量即完成淬火工艺调试，淬火后板材板形良好。 （4）项目实施周期最短，见效最快。依据国内同类项目实施周期，国外进口设备通常需要18个月的周期。但本项目从合同签订至热负荷试车和试生产仅用了不到11个月时间，即交付首批合同板产品，创造了国内同类设备投产见效最快的记录。在钢铁企业严峻的经济形势下，为企业尽快创造了经济效益，弥足珍贵。 　

　  实际上，厚板热处理工程3800mm辊式淬火机项目最大的意义还在于彻底消除了国内钢铁企业对国产辊式淬火设备的疑虑，为国产重大关键工艺装备推广应用做出了贡献，已成为我国低成本建设高水平中厚板现代化热处理线的示范项目。目前，新钢厚板热处理工程3800mm辊式淬火机设备及工艺调试工作已顺利结束。正式交付新钢投产使用，标志着我国宽厚板热处理淬火工艺设备水平提升到了一个新的阶段。这表明我国宽厚板热处理线淬火机设备研制能力及淬火工艺技术开发水平已达到了国际先进水平，为国内钢铁企业以较低设备成本实现高等级高附加值中厚板产品生产奠定了坚实基础。

 (来源：热处理)