淬火薄板板型控制影響因素分析

史金柱，張廣川，蔡連東

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

中厚板淬火是在熱處理中的一項(xiàng)重要技術(shù)方法。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的大環(huán)境下,對(duì)中厚板制品質(zhì)量要求等級(jí)越來(lái)越高，如我們常見(jiàn)的管線用板、壓力容器板、工程機(jī)械板等等，需要進(jìn)行淬火工藝。在生產(chǎn)線上，我們用淬火機(jī)作為關(guān)鍵設(shè)備,用水作為冷卻介質(zhì),通過(guò)水壓與高壓段水量的最佳配合噴射到鋼板的表面，從而使大量的熱量散發(fā)。而在水壓的低壓段，更加是帶走了從鋼板中心傳導(dǎo)到鋼板表面的熱量,使鋼板的溫度接近室內(nèi)的溫度,但在鋼板淬火的實(shí)際過(guò)程中，過(guò)于急速的冷卻問(wèn)題非常容易給淬火鋼的板型造成嚴(yán)重的后果。而在劇烈冷卻過(guò)程容易在鋼板中產(chǎn)生較為嚴(yán)重的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致鋼板完成淬火工藝出現(xiàn)了彎曲變形，影響后期使用性能。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，淬火過(guò)程中產(chǎn)生的鋼板翹曲問(wèn)題嚴(yán)重影響了鋼板外觀質(zhì)量，所以分析影響淬火薄板板型控制的因素在淬火薄板的生產(chǎn)中就顯得舉足輕重[1]。

1 鋼板放入爐前的預(yù)備工序?qū)︿摪宄尚偷挠绊?/h2>

1.1 鋼板的初始板型的影響

一般來(lái)說(shuō)，由于工藝?yán)诵推扒谕ㄟ^(guò)正火時(shí)無(wú)法被消除,這種板型的鋼板很容易造成鋼板局部冷卻不均勻,加重了這種板型所帶來(lái)的負(fù)面影響,并且通過(guò)淬火和回火的處理后矯正這種先天板型缺陷的難度增加,鋼板的平直度會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)要求相差更遠(yuǎn)，所以要進(jìn)入爐內(nèi)加工的鋼板不允許出現(xiàn)浪型瓢曲的情況。如圖1為進(jìn)淬火機(jī)之前鋼板瓢曲浪型。面對(duì)鋼板的初始板型的瓢曲缺陷,應(yīng)先通過(guò)預(yù)先矯直,降低鋼板不平度等措施人爐前進(jìn)行加工，讓淬火鋼板能夠均勻冷卻[2-5]。

1.2 鋼板表面氧化鐵皮的影響

對(duì)于需要進(jìn)行淬火處理的鋼板需要進(jìn)行鋼板拋丸處理，來(lái)去除鋼板表面的氧化鐵皮，一方面可以避免爐輥結(jié)瘤的產(chǎn)生，同時(shí)也可以保證鋼板淬火過(guò)程中冷卻的均勻性。但是如果拋丸機(jī)運(yùn)行效果不良，造成鋼板表面不均勻的殘留氧化鐵皮，會(huì)導(dǎo)致鋼板在淬火過(guò)程中的上下表面在冷卻時(shí)速度不均,從而導(dǎo)致鋼板在淬火后發(fā)生瓢曲。

對(duì)于已經(jīng)拋丸干凈的鋼板，如果爐膛內(nèi)部的無(wú)氧化氛圍不好，當(dāng)O2含量超過(guò)0.6%時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍會(huì)失效，鋼板在爐膛內(nèi)部會(huì)快速被氧化。如果氧化層不均勻，會(huì)導(dǎo)致鋼板在淬火過(guò)程中的冷速不均勻，產(chǎn)生瓢曲。圖2 為因?yàn)檠趸F皮原因造成淬火后鋼板瓢曲[6]。

圖2 氧化鐵皮原因造成的鋼板瓢曲

2 加熱工序?qū)︿摪宄尚偷挠绊?/h2>

2.1 鋼板溫度的均勻性的影響

一般在淬火爐內(nèi),鋼板的上表面比下表面要先達(dá)到既定的溫度,前半段與后半段相比先達(dá)到既定的溫度,邊緣部分和中間部分相比先達(dá)到既定的溫度。如果我們只是參考鋼板的某一部分到達(dá)既定溫度所需要的時(shí)間來(lái)制訂淬火的時(shí)間，那么鋼板就會(huì)出現(xiàn)溫度不均的情況,這時(shí)鋼板的板型自然不容易把握。所以,鋼板淬火加工時(shí)間的長(zhǎng)短應(yīng)按照升溫速度慢的部分的時(shí)間來(lái)設(shè)定。燒嘴對(duì)淬火爐溫均勻性的保證起到了舉足輕重的作用,若要讓鋼板溫度均勻，對(duì)燒嘴的監(jiān)控和及時(shí)維修是非常重要的。熱電偶和高溫計(jì)的檢測(cè)精度也至關(guān)重要。因此我們要特別注重淬火爐燒嘴的維護(hù),同時(shí)要定期對(duì)于熱電偶以及高溫計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。為了更好的評(píng)估熱處理的鋼板溫度均勻性，每年要對(duì)熱處理爐做鋼板黑匣子測(cè)試，以校驗(yàn)鋼板實(shí)際加熱過(guò)程中的鋼板溫度均勻性。

2.2 淬火工序的影響

首先框架的精度與輥縫偏差對(duì)淬火鋼板板型有重要的影響。在鋼板進(jìn)行淬火過(guò)程中,根據(jù)鋼板的厚度調(diào)整淬火機(jī)框架的高度。淬火機(jī)框架高度達(dá)到設(shè)定的高度時(shí),才能執(zhí)行鋼板的淬火指令。淬火機(jī)擁有三個(gè)種類(lèi)的高壓段噴嘴,分別為快冷噴嘴、雙聯(lián)超快冷噴嘴和縫隙式噴嘴。因?yàn)楦邏憾蔚膰娮斓膬A斜程度是固定的,所以如果框架的位置精度的變化,會(huì)導(dǎo)致上下噴嘴噴射出的冷卻水打到鋼板的上的位置發(fā)生變化，也會(huì)造成上下表面達(dá)到既定溫度的時(shí)間不同而產(chǎn)生瓢曲的問(wèn)題。與此同時(shí)，隨著設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的使用和損耗,淬火機(jī)框架的位置會(huì)發(fā)生偏移、集管會(huì)產(chǎn)生變形及基礎(chǔ)下降,這些情況產(chǎn)生以后,小部分出水孔的噴水位置會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致實(shí)際噴水不均勻,使冷卻效果大打折扣。對(duì)薄板板型控制有一定的危害。為了更精確的確定淬火機(jī)噴水效果，可以進(jìn)行鋼板的打擊實(shí)驗(yàn)，將厚規(guī)格鋼板的側(cè)面抹上黃油以后，將鋼板倒著送入淬火機(jī)，然后開(kāi)啟狹縫噴嘴。通過(guò)檢查鋼板側(cè)面黃油的情況，可以判斷上下噴嘴噴射的冷卻水打到鋼板上的實(shí)際位置是否有偏差。圖3為輥壓式淬火機(jī)。

圖3 輥壓式淬火機(jī)

2.3 輥縫偏差的影響

輥式淬火機(jī)的結(jié)構(gòu)分為上輥道和下輥道。上下排輥之間存在一定的間距，我們把它叫做輥縫。當(dāng)輥縫位置鋼板的位置相差過(guò)大時(shí)，鋼板上部的水如果向前會(huì)經(jīng)由輥縫間隙發(fā)生流動(dòng)而影響到水管的集水比例,如果向后會(huì)導(dǎo)致上下表面的冷卻速率不一致而加大鋼板成型的控制難度,更為嚴(yán)重的是會(huì)有一定量的水流進(jìn)淬火爐從而干擾淬火爐內(nèi)的爐溫控制。根據(jù)以往各個(gè)工廠的生產(chǎn)結(jié)果來(lái)分析,輥縫參數(shù)的設(shè)置很大程度上影響著薄板是否能夠精準(zhǔn)成型,但是對(duì)于比較厚的鋼板板形來(lái)說(shuō)，輥縫參數(shù)對(duì)其影響較微弱。除此之外,輥縫的作用原理是利用反作用力對(duì)發(fā)生彎曲變形的鋼板進(jìn)行一定的程度上的抑制，從而大大降低減小淬火板材的總變形量[7-9]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)在薄鋼板淬火過(guò)程中需要我們掌控的工序是繁雜的，影響淬火的因素也是非常多樣的。但經(jīng)過(guò)我們的研究發(fā)現(xiàn)，可以從保障原料質(zhì)量、提高鋼板加熱均勻性、提高淬火設(shè)備精度方面入手，給后續(xù)的淬火水量的調(diào)整、淬火輥速的調(diào)整等工藝配方提供良好的基礎(chǔ)條件。只有在淬火過(guò)程中所有的環(huán)節(jié)都要做到精準(zhǔn)把控，才能滿(mǎn)足薄規(guī)格鋼板淬火的板型要求，才能不斷推進(jìn)薄規(guī)格鋼板淬火工藝的進(jìn)步。