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極限規(guī)格熱軋板帶鋼產(chǎn)品熱處理工藝與裝備
發(fā)布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-04-08
超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600代表了目前調(diào)質(zhì)鋼板的最高水平。它們不但要求具有極高的強度，而且要求具有良好的韌塑性、焊接性和板形平直度，生產(chǎn)難度極大。該兩種鋼板主要被應(yīng)用于超大型工程機械、礦山機械及水泥化工等裝備的制造。目前世界上僅有瑞典鋼鐵公司（SSAB）可以生產(chǎn)。
1研究背景
我國是世界第一產(chǎn)鋼大國，中厚板年產(chǎn)量已達7000余萬噸，中低檔次普通中厚板產(chǎn)品過剩嚴重，但與此同時，我國部分高端高附加值中厚板產(chǎn)品仍主要依賴進口，其中絕大多數(shù)是熱處理產(chǎn)品。國家已將海洋、交通運輸、能源和重大裝備等領(lǐng)域作為我國發(fā)展戰(zhàn)略重點，這些領(lǐng)域?qū)τ诟叨藷崽幚碇泻癜瀹a(chǎn)品在產(chǎn)品性能和規(guī)格方面提出了更高的要求。
目前國內(nèi)中厚板生產(chǎn)線普遍配備了包含輥底式熱處理爐、周期式爐和淬火機等較為完備的熱處理裝備，這些裝備最初主要從LOI、DREVER等公司引進，絕大多數(shù)具備了生產(chǎn)10-80mm厚熱處理鋼板的能力，部分企業(yè)通過改進和利用自主開發(fā)的設(shè)備具備了生產(chǎn)最薄3-5mm淬火鋼板，最厚200mm淬火鋼板的能力，但最大寬度僅限于1800mm，不能滿足工程機械大型化需求；對于厚度大于120mm的特厚板國內(nèi)普遍采用浸入式淬火方式，因表面換熱效率低、冷速可控性差以及厚向截面效應(yīng)無法滿足高品質(zhì)特厚鋼板熱處理需要。
針對上述現(xiàn)狀，圍繞高等級熱處理關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)，開發(fā)鋼鐵行業(yè)急需的特厚、超薄極限規(guī)格淬火和極限低溫回火等高端板帶鋼熱處理工藝及裝備技術(shù)，對于提高我國中厚板熱處理生產(chǎn)水平具有重要意義。
2研究現(xiàn)狀及進展
2.1特厚板傳統(tǒng)浸入式淬火在冷卻強度等方面存在不足，需開發(fā)新的淬火裝備和技術(shù)
目前，特厚鋼板（鋼板厚度大于120mm）淬火生產(chǎn)主要采用浸入式淬火方式，通過池內(nèi)冷卻水攪拌加速鋼板表面對流，實現(xiàn)較快速冷卻。由于攪拌水流速度受淬火池或淬火槽容積及裝置限制，相對于壁面射流換熱，浸入式淬火冷卻強度偏低，且因攪拌產(chǎn)生的水流速度在池內(nèi)各處不一致，鋼板板面各處冷卻強度分布不均，導致鋼板冷后淬硬層深度及組織分布不均。
目前，厚度120mm以下中厚鋼板普遍采用連續(xù)輥式淬火，鋼板由輥道承載在冷卻區(qū)運動淬火。因具有冷卻強度大、冷卻均勻、控制精度高、板形好等優(yōu)點，這種淬火裝備（淬火鋼板厚度范圍10-100mm）被德國LOI、美國DREVER、日本IHI三家公司壟斷，并對我國實施技術(shù)封鎖。東北大學軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室在王國棟院士帶領(lǐng)下，經(jīng)過多年研究，自主開發(fā)成功國內(nèi)首套輥式淬火裝備，并推廣至太鋼、寶鋼、南鋼等企業(yè)，淬火鋼板厚度拓展至4-120mm。
盡管常規(guī)連續(xù)輥式淬火與浸入式淬火相比優(yōu)勢明顯，但因高壓段太短，低壓段冷卻能力不足，隨著鋼板厚度增加（>120mm），心部冷速和厚向截面效應(yīng)成為兩個不可逾越的技術(shù)瓶頸，因無法調(diào)和表面換熱與內(nèi)部導熱的平衡關(guān)系，常規(guī)連續(xù)輥式淬火無法滿足特厚板對心部冷速和厚向組織均勻性的需求，進一步限制了其在特厚板熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
綜上所述，傳統(tǒng)浸入式淬火已不能滿足高品質(zhì)特厚板熱處理生產(chǎn)及研發(fā)需要，需要開發(fā)新的特厚板淬火工藝技術(shù)及裝備，實現(xiàn)國內(nèi)特厚板生產(chǎn)企業(yè)特厚鋼板高效能、低成本、減量化熱處理生產(chǎn)。
2.2薄規(guī)格鋼板淬火技術(shù)需在穩(wěn)定性、減少內(nèi)部應(yīng)力等方面進一步開展研究
高強度極薄調(diào)質(zhì)鋼板是大型裝備制造的基礎(chǔ)材料。這類鋼板淬火敏感性高，寬厚比大，淬火后易瓢曲，且強度高難以矯正，板形問題是制約其應(yīng)用的瓶頸，也是公認的國際性難題。
相對于常規(guī)中厚板來說，薄規(guī)格板材淬火過程中高冷卻強度較易實現(xiàn)，但在冷卻均勻性方面要求極為苛刻。目前極薄鋼板淬火均采用氣霧冷卻、風冷及小流量水冷等“較低冷速”淬火策略。但在薄板淬火實際工業(yè)生產(chǎn)過程，鋼板表面水流/氣流呈現(xiàn)出無序性及不可控性，淬火條件的微小變化極易對冷卻介質(zhì)的流動特性及換熱特性帶來擾動，難以實現(xiàn)全板面溫降、相變的協(xié)同作用，極易造成薄板淬火板形缺陷。為此，東北大學通過采用極限冷速對高溫鋼板進行“瞬間凍結(jié)”，實現(xiàn)了5（4）-10mm 板材淬火良好板形，取得了技術(shù)突破，并已經(jīng)在南鋼、漣鋼、新余、湘鋼（改造原設(shè)備）、酒鋼等10余家企業(yè)得到了應(yīng)用。
因此，針對性開展極薄鋼板極限冷速瞬間淬火過程高效均勻換熱機理及溫度、應(yīng)力、相變耦合變化規(guī)律的研究，系統(tǒng)解決淬火過程板形高平直度控制的難點問題，對滿足工程機械行業(yè)的需要生產(chǎn)最薄3mm高品質(zhì)高強薄板，具有重要意義。
2.3 極限低溫回火技術(shù)對提高超高強鋼板的性能穩(wěn)定性意義重大
鋼板熱處理過程中良好板形及性能的均勻性與爐溫的控制精度有直接的關(guān)系，一般要求偏差小于±5℃，對于低合金耐磨鋼、超高強工程機械用鋼等高端產(chǎn)品的回火工藝過程，一般要求爐溫在300℃以下，回火過程對溫度的變化較為敏感，因此用于此類產(chǎn)品生產(chǎn)的回火爐低溫溫度均勻性和控制精度要求非常高。
目前國內(nèi)鋼廠的回火爐大部分采用脈沖加熱方式，只能在300℃以上工作時達到±10℃左右的溫度精度。爐溫在300℃以下時，溫度均勻性和控制精度都無法保證，偏差達20-30℃以上，因此會經(jīng)常造成低溫回火板材的性能、質(zhì)量波動，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。常規(guī)回火爐的這種缺陷是由其設(shè)備結(jié)構(gòu)本身所決定的，無法通過簡單的設(shè)備改造和特殊控制技術(shù)的使用來解決。
因此，研制與開發(fā)新型高精度低溫回火爐對提升國內(nèi)熱處理裝備技術(shù)水平、穩(wěn)定高品質(zhì)特殊鋼的生產(chǎn)意義重大。
3關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)容
3.1 熱處理裝備研制
3.1.1特厚板輥式淬火機
特厚鋼板專用連續(xù)輥式淬火機，配備噴水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、輸送輥道系統(tǒng)和框架提升系統(tǒng)，可實現(xiàn)120-250mm厚鋼板高強度均勻化淬火。噴水系統(tǒng)分高壓噴嘴和中壓噴嘴，沿輸送輥道在輥道縫隙間上下對稱布置，上噴嘴和上輥道固定在移動框架上，下噴嘴和下輥道固定在固定框架上；供水系統(tǒng)分高壓供水系統(tǒng)和中壓供水系統(tǒng)，分別向高壓噴嘴和中壓噴嘴供水，供水系統(tǒng)管路上設(shè)置開閉閥、流量計、調(diào)節(jié)閥，用于控制供水管路通斷和管路內(nèi)水流量；輸送輥道系統(tǒng)由上輥道、下輥道、萬向接軸、傳動電機、變頻器和編碼器組成，精確控制鋼板行進速度；框架提升系統(tǒng)由高壓段固定框架、高壓段移動框架、中壓段固定框架、中壓段移動框架以及移動框架提升系統(tǒng)組成，固定框架固定在地面上，移動框架由提升系統(tǒng)帶動，按一定速度上下移動，實現(xiàn)輥道縫隙調(diào)節(jié)。
研制的特厚鋼板連續(xù)輥式淬火機與現(xiàn)有特厚鋼板淬火裝備相比，具有如下優(yōu)點。
1）采用整體超寬狹縫式噴嘴（簡稱狹縫噴嘴）作為高壓噴嘴，采用多排整體傾斜式高密噴嘴（簡稱高密I型噴嘴）和多角度傾斜射流噴嘴（簡稱高密II型噴嘴）作為中壓噴嘴。高壓噴嘴瞬時冷卻強度大，鋼板寬向冷卻均勻，可以在較短時間內(nèi)迅速降低特厚鋼板近表面區(qū)域溫度，形成較大的厚向溫度梯度，便于心部熱量向表面?zhèn)鬟f；中壓噴嘴持續(xù)冷卻能力強，能夠在不過分降低鋼板表面溫度的前提下，保持較大的鋼板厚向溫度梯度，持續(xù)較快速降低鋼板心部溫度，提高心部冷速。
2）淬火冷卻系統(tǒng)高壓淬火區(qū)內(nèi)狹縫噴嘴和高密I型噴嘴交錯布置，避免因鋼板近表面始終維持在較低溫度造成的鋼板表面與冷卻水之間的過冷度小，提高了換熱效率。
3）供水系統(tǒng)采用供水壓力和流量雙閉環(huán)控制，實現(xiàn)各種不同類型噴嘴噴水流量和噴水壓力精確控制，縮短噴水流量和壓力的調(diào)節(jié)時間，擴大冷卻強度調(diào)節(jié)范圍，提升了特厚鋼板連續(xù)輥式淬火機自動控制水平，使操作更靈活、簡便。
4）輸送輥道系統(tǒng)設(shè)計過渡輥、壓輥、螺旋輥、小徑輥、框架間過渡輥和大徑輥6種輥道，采用不同材質(zhì)、輥徑、輥身結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式，實現(xiàn)鋼板快速出爐、擋水、快速排水、表面冷卻殘水流量分區(qū)、框架間過渡等功能，提升了鋼板運動換熱、殘水清除、單向運動和擺動等功能的控制精度。
5）框架提升系統(tǒng)設(shè)計高壓淬火區(qū)框架提升系統(tǒng)和中壓淬火區(qū)框架提升系統(tǒng)兩套系統(tǒng)，實現(xiàn)各淬火區(qū)輥道縫隙單獨可調(diào)，在單獨使用高壓淬火區(qū)或中壓淬火區(qū)時，其他不投入使用的淬火區(qū)上框架提升至非工作位，避免因高溫鋼板烘烤而產(chǎn)生上噴嘴變形，延長噴嘴使用壽命。
3.1.2 高精度低溫回火爐
新型高精度低溫回火爐，實現(xiàn)100-650℃高精度中低溫回火，用于屈服強度大于1GPa超高強鋼板的回火熱處理?；鼗馉t采用強制對流加熱技術(shù)，加熱過程中高速的爐氣直接沖擊金屬進行加熱，輔以特殊的爐型結(jié)構(gòu)將與鋼板熱交換過的爐氣回收加熱，形成爐內(nèi)氣流的高速循環(huán)。與傳統(tǒng)回火爐相比該爐型傳熱效率更高、加熱溫度更均勻，可達±3℃以內(nèi)，具備爐內(nèi)壁溫度低，可大幅降低燃料消耗等優(yōu)勢。此外，開發(fā)的熱處理爐改善爐襯工作條件，爐子熱惰性小，升、降溫靈活，有利于實現(xiàn)自動控制。
1）強制對流加熱條件下傳熱機理研究
針對強制對流加熱的技術(shù)特點，研究不同溫度下爐內(nèi)熱交換過程和強制對流加熱條件下板帶的加熱規(guī)律，確定新型熱風循環(huán)加熱低溫回火爐的傳熱機理和數(shù)學計算方法。
2）均勻化強制對流循環(huán)加熱系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化
利用有限元模擬仿真爐氣導流、均流系統(tǒng)，分析裝備結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣流壓力和流量等對均流的影響，實現(xiàn)爐內(nèi)熱空氣均勻化分配，進而優(yōu)化爐內(nèi)熱空氣導流、均流裝備結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)強制對流循環(huán)加熱系統(tǒng)最優(yōu)化加熱。
3）強制對流沖擊加熱控制
研究適用于強制對流沖擊加熱技術(shù)的控制模型，建立新型高精度低溫回火爐全自動智能控制系統(tǒng)，以及實現(xiàn)溫度精確控制，滿足高性能鋼材高品質(zhì)、高效率、低能耗、低成本生產(chǎn)的需要。
新型高精度低溫回火爐工藝技術(shù)復雜，加熱過程控制難度大。開發(fā)的關(guān)鍵在于熱流引導結(jié)構(gòu)的設(shè)計、爐氣均流裝置的設(shè)計及其沿爐長方向的合理布置。解決這些技術(shù)難點需要高水平的流體力學和傳熱學技術(shù)，國外相關(guān)廠家將其視為核心關(guān)鍵技術(shù)，對我國進行封鎖。因此，如何設(shè)計開發(fā)出最優(yōu)的大型強制對流循環(huán)加熱系統(tǒng)，進而開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心專利技術(shù)的工藝控制技術(shù)是本課題擬解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。
3.2 高等級鋼板熱處理工藝及產(chǎn)品開發(fā)
3.2.1 極限薄鋼板（3-10 mm）高平直度淬火工藝開發(fā)
薄規(guī)格板材均勻化淬火工藝技術(shù)是鋼板淬火領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)，具有重要的實用價值，但因其對淬火過程的冷卻均勻性要求極高，冷卻過程影響因素眾多，對淬火設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝參數(shù)非常敏感，淬火過程的板形控制難度很大。
相對于常規(guī)中厚板來說，薄規(guī)格板材淬火過程中高冷卻強度較易實現(xiàn)，但在冷卻均勻性方面要求極為苛刻。這里主要在淬火系統(tǒng)對稱性結(jié)構(gòu)、流量分布、淬火運行速度及鋼板自身條件等方面分析對冷卻均勻性的影響。
薄規(guī)格板材淬火后殘余應(yīng)力達到一定值時，鋼板即出現(xiàn)失穩(wěn)屈曲，按照板材的彈性屈曲理論，在理想彈性狀態(tài)下，板材的臨界屈曲應(yīng)力為：
KEπ（t/b）2
σcr=——————
12（1-ν）2
式中，σcr－臨界屈曲應(yīng)力；K－臨界屈曲應(yīng)力系數(shù)；t－鋼板厚度；b－鋼板寬度；ν－材料泊松比。
從臨界屈曲應(yīng)力的計算公式可以看出，淬火鋼板厚度越薄，寬度越寬，臨界屈曲應(yīng)力越小，越容易發(fā)生對冷卻均勻性極為敏感的淬火變形。故薄規(guī)格寬幅鋼板的輥式淬火板形控制過程是研究中厚板淬火變形問題的難點。
1）關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)對稱性冷卻技術(shù)
薄規(guī)格鋼板對冷卻系統(tǒng)的均勻性更為敏感，其中鋼板上下表面的對稱性冷卻對板形有重要的影響。鋼板淬火過程中的對稱性冷卻可以理解為兩個方面，首先在單側(cè)的冷卻區(qū)域內(nèi)的均勻冷卻，考慮到鋼板是連續(xù)式通過淬火區(qū)域，在單個噴嘴參數(shù)調(diào)整方面主要考慮鋼板寬向的冷卻均勻性；其次，淬火過程中保證鋼板上下表面冷卻區(qū)域內(nèi)冷卻強度的對稱性。
單個噴嘴的機械參數(shù)調(diào)節(jié)主要有射流角度、縫隙寬度和噴嘴距鋼板表面的位置參數(shù)，如圖1所示。
 假設(shè)在理想的條件下，上下縫隙噴嘴水平度、狹縫開口度均勻一致、完全對稱、上下縫隙到鋼板上下表面的距離完全相等（輥縫完全等于鋼板厚度）、上下水幕面與鋼板表面形成的二面角完全相等。在噴射速度快、壓力高的條件下，忽略重力對射流射線的影響，則上下縫隙噴嘴入射點應(yīng)該是對稱的，即鋼板在同一個鉛垂面上，由于鋼板薄，縫隙噴嘴水量大，淬透性強，即僅縫隙噴嘴就將鋼板溫度降至馬氏體相變溫度點以下。當上下淬火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不對稱時，先噴射到鋼板上的水幕會造成單面淬透現(xiàn)象，宏觀表現(xiàn)形式為淬火后鋼板始終呈現(xiàn)頭尾上翹或下扣，因此，不管如何極端設(shè)定控制噴嘴水量、水量比和輥道速度參數(shù)，也無法改變超薄規(guī)格鋼板淬火后板形的變化總趨勢。
在實際過程中，要確保對稱的距離參數(shù)及角度參數(shù)相等，而且要確保噴嘴沿鋼板寬度方向的兩側(cè)均保持一致，即確保上下噴嘴噴射水線的三維對稱精度。此外，淬火機輥道平直度控制和調(diào)節(jié)很重要，下部輥道應(yīng)水平，鋼板應(yīng)沿中心線進行運動，上輥道的中心線應(yīng)與下輥道的中心線在一條基準線上，不能發(fā)生偏移，特別要注意輥道正確找平，尤其是高壓噴嘴區(qū)的輥道，否則鋼板通過該區(qū)時極易發(fā)生變形不能保持平整。
2）關(guān)鍵工藝參數(shù)高精度控制技術(shù)
水量參數(shù)是滿足低合金高強度鋼板淬后組織和性能的重要工藝參數(shù)，也是保證薄規(guī)格鋼板均勻性冷卻的決定性因素。冷卻水量對淬火冷卻過程鋼板表面換熱系數(shù)有一定的影響。隨著冷卻水量的增加，鋼板表面換熱系數(shù)逐漸增加。達到一定水量后，水量增加對換熱能力的提高效果不明顯。
淬火過程鋼板上下表面的水量比是板形宏觀翹曲變形的決定因素。射流沖擊換熱過程中，鋼板上表面受殘留水影響，而下表面冷卻水由于重力作用自然下落，故上下水量比小于1，一般在0.6-0.9左右。鋼板在淬火過程中，若水量比設(shè)定小于實際需要的設(shè)定值時，鋼板上表面冷卻速度大于下表面，先行淬火的鋼板頭部略向下凹曲，產(chǎn)生向上的翹曲變形。變形量很大時，鋼板頭部的上翹將受到上排輥道的反作用力。隨著淬火進程的繼續(xù)，鋼板出現(xiàn)向上的中凸翹曲變形，導致淬火后鋼板上凸。
鋼板在輥式淬火機內(nèi)的運行速度快慢，直接影響了鋼板在高壓冷卻區(qū)的淬火時間。同時，淬火運行速度對淬后鋼板板形也有一定的影響。淬火過程鋼板上下表面水量設(shè)置有一定的比例關(guān)系，下水量大于上水量，尤其高壓冷卻區(qū)的水量比對板形的影響最為明顯，當設(shè)定比例不合適時，輥速的減慢會擴大水量比對其板形的影響。輥速的降低，高壓段的冷卻時間增長，相當于增加了下表面的冷卻強度，因此在板形控制過程中，輥速在某種程度上相當于水量比的影響。當鋼板速度增加，鋼板在高壓淬火區(qū)時間將越少。鋼板高壓區(qū)淬火時間減少將顯著影響鋼板上表面，導致鋼板出現(xiàn)瓢曲變形。
3）鋼板自身條件對均勻冷卻的影響
鋼板自身條件是指板溫、板形、表面質(zhì)量等，它們對鋼板冷卻均勻程度有著重要影響。
如果鋼板表面存在氧化鐵皮，由于其與鋼的導熱系數(shù)不同，將降低水的冷卻效果；氧化鐵皮的不均勻分布，導致鋼板不均勻冷卻。鋼板表面存在麻點或其他缺陷，也將對鋼板的冷卻均勻性帶來不利影響。在某種特定的淬火工況條件下，隨著氧化鐵皮厚度的增加，鋼板表面綜合對流換熱系數(shù)呈急劇下降趨勢，當氧化鐵皮厚度為0.2mm左右時，表征鋼板淬火過程熱交換速率的對流換熱系數(shù)降為正常過程的1/3。所以，淬火鋼板的氧化鐵皮分布情況也就直接影響到冷卻過程的均勻性。為了保證薄規(guī)格鋼板淬火過程的表面均勻性及上下表面的高度對稱性，嚴格控制氧化鐵皮的含量是必要的。拋丸機的質(zhì)量直接關(guān)系到拋丸后鋼板的表面質(zhì)量，若拋丸及清掃不徹底，將氧化鐵皮帶入爐內(nèi)，很容易造成爐底輥結(jié)瘤，不僅劃傷鋼板表面，而且結(jié)瘤清理困難。因此拋丸質(zhì)量的好壞是影響產(chǎn)品表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。
淬火前板溫的不均勻直接決定了淬火開始溫度的差異，在整個淬火過程中由于不同的組織變化帶來不同程度的鋼板變形。這點對薄板淬火過程尤為重要，一般來說同板溫差需小于5℃。如果淬火前鋼板存在著浪形和翹曲，那將會嚴重地破壞鋼板的均勻冷卻，因為鋼板不平必引起冷卻水分布不均勻。無論采用什么樣的厚度和板形控制技術(shù)，所軋制產(chǎn)品總是要存在同板差和板凸度的。同板差的存在會引起板長方向和板厚方向的不均勻冷卻；板凸度的存在會引起板寬方向和板厚方向的不均勻冷卻。一般來說，鋼板兩邊部存在壓應(yīng)力，加上冷卻不均勻引起的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，就會誘發(fā)鋼板變形。因此，尤其對薄規(guī)格鋼板來說，要盡可能控制及消除軋制、拋丸等工藝過程板形的變化。
3.2.2特厚鋼板（120-250 mm）極限冷速淬火工藝開發(fā)
厚度小于120mm特厚板，高溫區(qū)（900-600℃）表面冷速增大對心部冷速提升較明顯，因此，高溫區(qū)采用冷卻能力較強的縫隙噴嘴，快速降低鋼板表面至1/4處溫度，強化心部導熱，提升整體厚向平均冷速，進而提高厚向組織均勻性。由于縫隙噴嘴過后鋼板表面溫度迅速降低至終冷溫度，在縫隙噴嘴之間設(shè)計冷卻能力相對較小的高密噴嘴，維持心表溫差，在不影響厚向溫度梯度的前提下節(jié)約不必要的冷卻能力。中溫區(qū)冷速對厚度小于120mm特厚板心部冷速影響不大，采用相對較低壓力、較小流量的高密噴嘴，僅維持鋼板內(nèi)部導熱處于上限值，不過度增加表面冷速，長時間持續(xù)降低鋼板心部溫度。
在表面冷卻強度達到一定值（例如150mm，80℃/s）后，厚度大于120mm特厚板心部導熱已近上限值，表面冷速變化對心部冷速影響不明顯，進一步加大表面冷速作用不大。而心部至表面的導熱能力更多取決于材料本身熱物性參數(shù)，表面冷速只要維持鋼板厚向溫度梯度，即表面溫度維持到一定值（120℃左右）即可。因此，僅采用冷卻能力相對較弱的高密快冷噴嘴，維持一定的冷卻能力。為增加方案的可靠性，鋼板快速進入到冷卻區(qū)，先以較高水壓、較大流量較快速降低鋼板近表面至1/4處溫度，再調(diào)整水壓和流量，以相對較低的冷卻強度進一步維持心部導熱上限值與表面換熱的平衡，持續(xù)降低整體溫度。
3.2.3 超高強結(jié)構(gòu)用鋼、耐磨鋼的研制
超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600代表了目前調(diào)質(zhì)鋼板的最高水平。它們不但要求具有極高的強度，而且要求具有良好的韌塑性、焊接性和板形平直度，生產(chǎn)難度極大。該兩種鋼板主要被應(yīng)用于超大型工程機械、礦山機械及水泥化工等裝備的制造。目前世界上僅有瑞典鋼鐵公司（SSAB）可以生產(chǎn)。
兩種鋼板的主要力學性能指標要求為：
Q1300：RP0.2≥1300MPa，1400MPa≤Rm≤1700MPa，A≥8%，KV2（-40℃）≥27J；NM600：570≤HBW≤640，KV2（-20℃）≥20J。
其研究內(nèi)容主要包括：1）超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的成分設(shè)計；2）超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的熱軋—冷卻—熱處理一體化組織性能控制技術(shù)研究；3）工業(yè)生產(chǎn)過程中鑄坯的低/無缺陷控制技術(shù)，包括鑄坯的低夾雜物控制技術(shù)、防開裂控制技術(shù)、防氧化控制技術(shù)等；4）大寬幅高內(nèi)應(yīng)力薄規(guī)格鋼板（4-10mm）軋制、熱處理過程中的板形控制技術(shù)研究；5）超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的焊接技術(shù)研究；6）超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的抗延遲斷裂性能研究；7）超高強度結(jié)構(gòu)用鋼Q1300和耐磨鋼NM600的切削加工技術(shù)研究。
這兩種鋼的研制，將帶動調(diào)質(zhì)鋼從冶煉到熱處理的整體技術(shù)發(fā)展，并形成一整套熱軋—冷卻—熱處理一體化組織性能控制技術(shù)。
4預期效果
圍繞高等級熱處理關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)，通過4年時間開發(fā)成功如下關(guān)鍵技術(shù)與裝備并形成示范線：1）淬火厚度為3-10mm 極薄規(guī)格淬火關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備；2）100-250mm 特厚規(guī)格鋼板淬火關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備；3）大型板帶鋼低溫高精度回火裝備技術(shù)，最低回火溫度為100℃；4）超高強結(jié)構(gòu)用鋼（Max 1300MPa）、耐磨鋼（ Max HB600）高端熱處理工藝技術(shù)及產(chǎn)品。從而實現(xiàn)極限規(guī)格熱處理裝備、工藝技術(shù)及產(chǎn)品的創(chuàng)新突破。
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