在线加速冷却技术在钢板生产中的应用

在线加速冷却技术在钢板生产中的应用

1热机轧烧钢板acc在线加快冷却系统（acc）于1979年首次在日本应用，并于20世纪80年代在日本和欧洲的中厚板齿轮机上应用。在线加速冷却和控制轧制(CR)共同控制钢材组织结构及性能称为热机轧制(TMCP)。采用加速冷却的热机轧制最初主要用于船板和管线钢板的生产,1985年美国ASTM将TMCP生产的钢板列入标准。日本在1983年至1991年期间应用热机轧制技术生产了404.1万吨船板和174.1万吨管线钢板,分别占同期船板和管线钢产量的85%。而ACC技术已广泛应用于建筑、桥梁、压力容器等钢板的生产。部分生产厂的冷却装置具有高速冷却能力,可以对轧后钢板直接淬火(DQ)。和传统的热处理后淬火相比,直接淬火不但可以节能,而且在冷却速度相同的前提下可以得到更高的硬化程度,降低钢中的碳含量和碳当量,从而提高钢板的焊接性能。因此大多数先进的加速冷却装置具有直接淬火的能力。通常强度超过580MPa的钢板可采用直接淬火工艺生产。2冷态系统分类2.1辊道摆动及冷却按冷却方式的不同,加速冷却可以归纳为三种类型:(1)同时冷却方式。即钢板进入冷却装置后,同时向钢板全长喷水使钢板达到规定的温度。为了避免因辊道与钢板下表面的长时间接触造成冷却不均,冷却装置所在辊道具有摆动功能。冷却装置的长度比最大的控冷轧件长度略长。同时冷却方式可减少钢板头尾温差。(2)连续冷却方式。即钢板在通过控制冷却装置的过程中,边前进,边冷却,使之从头至尾渐次达到规定的终冷温度。这是目前世界上采用最多的冷却方式。(3)兼容冷却方式。当钢板较厚较短时,可采用同时冷却方式;当钢板较长时,可采用连续冷却方式。2.2非约束型冷却冷却状态是指钢板在控制冷却是否处于压力约束状态。钢板在辊压状态下称为约束型冷却,反之,称为非约束型冷却。约束型冷却装置主要用于直接淬火处理。通过改善冷却均匀性,一些新建的控制冷却装置实现了在非约束型冷却方式下对钢板的直接淬火处理。2.3让水流按喷水方式主要可以将冷却系统分为:层流、水幕、高压喷嘴、气水冷却等方式。主要特点比较见表1。3影响冷却质量的主要因素(1)热传导系数和热交换系数为了使钢板获得均匀的组织和力学性能,冷却装置的冷却速度应随钢板厚度增加而降低。如果厚钢板的冷却速度太高,钢板的表面和中部温差会过大。对厚规格钢板而言,沿厚度方向的热传导系数是限制因素;对薄钢板而言,表面的热传递系数才是关健因素。加速冷却应用的温度范围一般为800～500℃,处于稳定膜态沸腾区,因此热交换系数的稳定是控制冷却速度的关健因素。典型直接淬火的温度范围为900～200℃,冷却过程通过部分膜态沸腾区,热交换系数对冷却效果不产生主要影响。(2)均匀加热和u3000原料如果进入冷却区的钢板平直度差,就会造成钢板冷却不均,并使板形更加恶化。因此,坯料的均匀加热和轧机具有良好的平直度控制水平是取得良好板形的前提条件。如果以生产薄规格钢板为主,75%以上的钢板厚度在20mm以下,可以考虑在冷却装置前设置预矫直机。(3)现为钢板表面处理由于氧化铁皮的导热系数较钢低,残留的氧化铁皮会破坏稳定的膜态沸腾,导致钢板的不均匀冷却。因此,轧制过程中的有效除磷是很重要的。(4)钢板接头冷却包括提高钢板进入冷却装置时的均匀性和避免冷却过程的头尾和边部过冷。采用低的冷却速度时(通常钢板以低速运行),要提高钢板进入冷却装置时头尾温度的均匀性,应限制钢板的长度,也可采取同时冷却方式。随钢板宽度的增大,钢板横向冷却不均匀的趋势也增加。可采用边部罩、水量中凸分配避免边部过冷。避免钢板头尾过冷需要可靠的计算机模型和快速的冷却介质开闭速度。增加下部喷嘴供水比例,避免钢板上表面过冷。4控制冷却装置安装位置(1)冷却装置应靠近轧机。轧件在轧机中结束变形后,将产生晶粒组织的回复和静态再结晶。以C含量(质量分数)0.2%,变形量30%的钢为例,950℃时变形完成后的第10s,60%的奥氏体晶粒发生了再结晶。钢板终轧至冷却开始的时间不宜超过20s。(2)避开易受到冷却水及蒸汽的干扰工艺仪表。为测厚仪、测宽仪、板型仪、钢板平面形状测量仪、镰刀弯测量仪留出安装位置。(3)控制轧制中交叉轧制必要的辊道长度。(4)应考虑矫直机对控制冷却装置位置的影响。有少部分厂将矫直机设置在控制冷却装置前。还有一些在控制冷却装置前设预矫直机,在控制冷却装置后再设矫直机。其目的是保证钢板进入控制冷却段时具有平直的板形,也因为高强度钢板在冷却后很难再进行矫直。在冷却装置前设置(预)矫直机将拉大了主轧线的设备间距,同时增加了钢板终轧至开始控制冷却的时间,会降低了控轧控冷的效果。(5)采取同时冷却方式时,钢板完全进入冷却段后才开始喷水冷却,冷却装置更易于靠近轧机布置;采取连续冷却方式时,钢板应以冷却速度进入冷却段,冷却装置和轧机之间应留出钢板减速需要的辊道长度。5钢板厚度的确定连续冷却方式冷却装置的长度主要取决于要求的冷却速率CR和钢板的移动速度V。CR可由产品的厚度方向的硬度梯度ΔH、碳当量Ceq、钢板厚度h等参数确定。式中,d=2.86×103m/WK0=4.63C——比热e——比重为了保证钢板冷却后的平直度,钢板的移动速度不宜太低,可参考生产节奏选定。必须在最低速度和最小板厚的基础上确定一个最短长度。采取同时冷却方式时,以需控制冷却的最大钢板长度为基础确定控制冷却段设备长度。组合冷却方式由连续冷却和同时冷却两种方式组成。6冷却装置与喷射机之间的关系(1)紧凑的风格控制冷却装置与热矫直机紧靠布置,同步操作,适合于厂房受限制的旧厂改造。(2)工艺速度的影响控制冷却的钢板完全离开控制冷却设备后再进入矫直机。矫直速度和冷却装置内钢板移动速度一般均为0～2.5m/s。两者工艺速度存在同步的条件,但也存在不利