专利名称：一种钢板淬火冷却方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及热处理淬火冷却领域，具体地，涉及的是一种钢板淬火冷却方法及相应的设备。
背景技术：
热处理是指将奥氏体组织状态的钢以适当速度冷却，获得预期组织与性能的过程。钢在淬火冷却过程中除了组织和性能发生变化外，还伴随着产生开裂和畸变。如果钢在淬火中产生开裂将造成报废，淬火开裂可以通过合适的工艺和淬火方式来避免；淬火畸变是指工件的原始尺寸或形状在淬火冷却时发生的变化，无论通过何种措施(改变加热与冷却工艺、装夹方式、淬火介质种类、淬火方式)都无法避免淬火畸变的产生，所不同的是产生畸变的大小。这里的钢板是指钢锭经轧制或锻造而成一定厚度的矩形体或其它形状板类件。
目前钢板淬火分为轧后在线淬火和轧后或锻后重新加热淬火两类。轧后在线淬火是将经热轧后的钢板直接输送到专用淬火机上以水平的方式进行淬火冷却，专用淬火机在上板面设置有压力机构，钢板的上下板面在上下喷水的状态下实现淬火冷却，对于板厚小的钢板采用该方式淬火冷却可以控制畸变量在一定范围内，对于板厚大的钢板由于专用淬火机压力机构的压力限制，控制淬火畸变的效果不明显；钢板重新加热淬火，普遍采用台车炉或辊底炉加热，然后采用行车和专用夹钳将钢板转移到淬火槽中进行浸液淬火冷却。钢板浸液淬火的入液方式有两种，一种为钢板上下板面与淬火介质液面之间呈水平方式浸液淬火，这种方式淬火冷却由于下板面产生的蒸汽膜厚度大于上板面，造成上板面的冷却强度明显大于下板面，导致淬火后钢板的畸变量明显增大。另一种为钢板的上下板面与淬火介质液面呈垂直方式浸液淬火冷却，这种方式由于减少了上下板面之间的冷却差异，淬火后的畸变量相对较小，但是这种淬火方式需要在淬火之前将水平加热的钢板翻转90°，需要配置大型专用翻转机构，对厂房高度空间有要求，同时由于宽板面钢板先浸液一边与后浸液一边的冷却时间差较大而影响板面质量的一致性。
经对现有技术文献检索发现，作者Wolfram Schupe, Holger Kehler, Wang Peizhong等在“第六届中国国际钢铁大会论文集”发表的《高效钢板淬火-回火热处理工艺》(2010:614-617)文章，介绍了一种固定式淬火机，该淬火机可以和周期式辊底炉配套使用，每次能淬一块钢板，钢板出炉后被输送到淬火机内，然后被紧紧的夹持住，水从钢板的上面和下面通过喷嘴喷向钢板。通过控制喷嘴在钢板的边缘和中部形成不同的喷水区，结合钢板刚性地夹持在淬火机内，可确保钢板具有很好的平直度，特别是薄钢板。为了这个目的，喷水方式必须是均匀覆盖整个钢板表面，这需要喷嘴的最佳配置及高压水的稳定供给。 由于钢板上下板面夹持力的限制，这种淬火冷却方式对控制大厚度钢板畸变效果不佳。发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可显著减小钢板淬火冷却畸变的淬火冷却方法及设备。
根据本发明的一个方面，提供一种钢板淬火冷却方法，该方法将钢板板面以与液面平行的方式放置在淬火槽上方的料架上，料架在驱动装置的驱动下以料架长度方向的一侧为转轴向下旋转一定角度，此时钢板部分浸入到液体之中，同时向淬火槽内注入液体，淬火槽中液体的液面上升直到将钢板全部浸没，从而实现钢板倾斜淬火冷却的目的。本发明可以快速方便的实现钢板以一倾斜角度浸入液体之中，解决了钢板水平放置浸入液体后钢板下表面大量蒸汽膜不能顺畅排出而产生上下板面冷却强度差异大的问题，同时也减小了钢板垂直方式浸入液体中的先浸液一边与后浸液一边的时间差。
根据本发明的另一个方面，提供一种钢板淬火冷却设备，该设备包括淬火钢板倾斜浸液与出液系统、由外槽体向内槽体注水系统、快速放水系统，其中所述淬火钢板倾斜浸液与出液系统由升降驱动装置、料架、转轴和支座组成；所述由外槽体向内槽体注水系统由内槽体、外槽体、向内槽注水管路、泵和由外槽抽水管路组成；上述各部件连接方式为 升降驱动装置设置在外槽体的一侧或顶部，内槽体设置在外槽体内，料架、转轴、支座和定位桩设置在内槽体内，快速放水系统设置在内槽体的外侧上部，向内槽注水管路、泵和由外槽抽水管路设置在外槽体的外侧下部将内槽体与外槽体联通。
优选地，所述的由外槽体向内槽体注水系统，通过该系统将外槽体与内槽体联通， 在泵的驱动下将外槽体的水注入到内槽体内。该系统装有止回阀，在泵停止工作的情况下内槽体的液体不会流到外槽体中。外槽体向内槽体注水系统的数量是根据需要注入的水量和注水速率确定，并且可以沿外槽体的四周设置。
优选地，所述的快速放水系统，是由放水闸门和闸门导向框架组成，放水闸门和闸门导向框架设置在内槽体的外侧上部；或者快速放水系统也可以是电动蝶阀或其它结构的阀门，快速放水系统的数量是根据总放水量和需要的放水速率决定。
优选地，所述的由升降驱动装置、料架、转轴和支座组成淬火钢板倾斜浸液与出液系统，其倾斜角度α (与水平位置的夹角)介于0°、0°之间。
所述的升降驱动装置，是指可以实现提升重物的提升装置，它可以是液压系统、减速机系统或卷扬机系统。
所述的淬火钢板，可以是任何尺寸和形状的钢板或需要淬火的其它金属材料，可以是宽厚板、中厚板、普通钢板、模具钢。
所述的料架，可以是各种结构，其作用是承载钢板进行浸液与出液过程。
所述的转轴，设置在料架的一侧，其长度根据料架的长度确定。
所述的内槽体，可以是各种结构的装水容器。
所述的外槽体，可以是各种结构的装水容器。
所述的支座，可以是各种结构，其作用是支撑转轴工作。
所述的定位桩，可以是各种结构，其作用是支撑料架在下限位的重量。
本发明设备的工作过程如下
设备初始状态为料架处于水平位置(上位)，快速放水系统处于开启状态，内槽液面处于下液面(低于料架)；
浸液过程为首先将完成奥氏体化的淬火钢板转移到处于水平位置(上位)的料架上，在升降驱动装置的驱动下料架以转轴为旋转轴旋转进入水中，最终到达设定的位置停止，此时料架与原来的水平位置呈一角度，在料架向下旋转运动的同时，启动由外槽体向内槽体注水系统和关闭快速放水系统,此时水由外槽体注入到内槽体，内槽体的液面上升直到将淬火钢板全部浸没，注满内槽体后液体溢流到外槽体内；
出液过程为在升降驱动装置驱动下将料架以转轴为旋转轴旋转上升到水平位置，同时关闭由外槽体向内槽体注水系统和开启快速放水系统，此时水通过快速放水系统由内槽体流到外槽体内，内槽体的液面下降到料架的下方，淬火钢板全部露出水面。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果
本发明提出了一种钢板淬火冷却方法与设备，该方法与设备可以快速方便的实现钢板以一倾斜角度浸入液体之中，解决了钢板水平放置浸入液体后钢板下表面大量蒸汽膜不能顺畅排出而产生上下板面冷却强度差异大的问题，同时也减小了钢板垂直方式浸入液体中的先浸液一边与后浸液一边的时间差。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显
图I为一种钢板淬火冷却设备结构示意图。
图2为淬火钢板放置在料架之上的设备结构示意图。
图3为淬火钢板随料架绕转轴做向下倾斜运动时的设备结构示意图。
图4为在淬火钢板随料架绕转轴向下倾斜运动到预定位置时的设备结构示意图。
图5为淬火钢板2随料架3绕转轴4做向上旋转运动时的设备结构示意图。
图6为淬火钢板2随料架3绕转轴4旋转回到水平的初始位置的设备结构示意图。
图中升降驱动装置I、淬火钢板2、料架3、转轴4、放水闸门5、闸门导向框架6、内槽体7、外槽体8、向内槽注水管路9、泵10、由外槽抽水管路11、支座12、外槽液面13、定位桩14、内槽液面15。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例I
本实例处理的产品对象为长10000mm、宽5000mm、厚200mm的低碳合金钢板，要求淬火冷却后沿整个截面获得马氏体、下贝氏体及少量残余奥氏体组织，同时要求控制畸变量控制在一定范围。
为避免淬火过程中产生开裂，采用水_空交替控时淬火冷却工艺，即在严格控制时间前提下的执行水淬+空冷+水淬+空冷+……的工艺。
本实施例采用的钢板淬火冷却设备结构如图I所示，由升降驱动装置I、淬火钢板 2、料架3、转轴4、放水闸门5、闸门导向框架6、内槽体7、外槽体8、向内槽注水管路9、泵10、 由外槽抽水管路11、支座12、外槽液面13、定位桩14、内槽液面15等组成。其中升降驱动5装置I、料架3、转轴4和支座12组成淬火钢板倾斜浸液与出液系统，向内槽注水管路9、水泵10和由外槽抽水管路11组成由外槽体向内槽体注水系统，放水闸门5和闸门导向框架 6组成快速放水系统。上述各部件连接方式为升降驱动装置I设置在外槽体8的一侧或顶部，内槽体7设置在外槽体8内，料架3、转轴4、支座12和定位桩14设置在内槽体7内， 放水闸门5和闸门导向框架6设置在内槽体7的外侧上部，向内槽注水管路9、泵10和由外槽抽水管路11设置在外槽体8外侧下部将内槽体7与外槽体8联通。
如图I所75,为一种钢板淬火冷却设备，淬火钢板2处于向淬火冷却设备转移过程中。设备处于初始状态料架3处于水平位置(上位)，放水闸门5处于开启状态，内槽液面 15处于下液面(低于料架3)。
如图2所示，为淬火钢板2已经放置在料架3之上。设备处于初始状态料架3处于水平位置(上位)，放水闸门5处于开启状态，内槽液面15处于下液面(低于料架3)。
如图3所示，为在升降驱动装置I驱动下淬火钢板2随料架3绕转轴4做向下倾斜运动，淬火钢板2的一部分逐渐浸入液体之中。此时，放水闸门5处于开启状态，内槽液面15处于下液面(低于料架3)。
如图4所示，为在升降驱动装置I驱动下淬火钢板2随料架3绕转轴4向下倾斜运动到预定位置。同时、提前或滞后启动由外槽体向内槽体注水系统和关闭快速放水系统， 此时液体由外槽体8注入到内槽体7，内槽体7的内槽液面15上升并将淬火钢板2全部浸没，注满内槽体7后的液体被溢流到外槽体8内。
如图5所示，为在升降驱动装置I驱动下淬火钢板2随料架3绕转轴4做向上旋转运动。同时,关闭由外槽体向内槽体注水系统和开启快速放水系统,此时内槽体7内高于闸门开口的液体通过闸门开口流到外槽体8中，内槽体7的液面下降到低于料架3的高度。 最后淬火钢板2随料架3回到图2的位置和状态。
采用上述装置，所述淬火冷却方法具体实施如下
设备初始状态为料架3处于水平位置(上位)，放水闸门5处于开启状态，内槽液面15处于下液面(低于料架3)(见图I)。
浸液过程为首先将完成奥氏体化的淬火钢板2转移到处于水平位置(上位)的料架3上(见图2)，在升降驱动装置I的驱动下料架3以转轴4为旋转轴旋转做向下运动进入液体之中，最终到达设定的位置停止，此时料架3与原来的水平位置呈一定的角度(见图 2)，在料架3向下做旋转运动的同时，启动由外槽体向内槽体注水系统和关闭快速放水系统,此时液体由外槽体8注入到内槽体7内，内槽体7的内槽液面15上升将淬火钢板2全部浸没，注满内槽体7后的液体被溢流到外槽体8内(见图4)。
出液过程为在升降驱动装置I的驱动下料架3以转轴4为旋转轴做向上旋转运动到水平位置，同时、提前或滞后关闭由外槽体向内槽体注水系统和开启快速放水系统，此时水通过快速放水系统由内槽体7流到外槽体8内，内槽体7的内槽液面15下降到料架3 的下方，淬火钢板2全部露出液面(见图5与图6)。
上述过程为一次浸液(水淬)与出液(空冷)过程，所谓的水_空交替控时淬火冷却工艺就是在严格控制各段时间的前提下的反复浸液与出液过程。
实施例2
本实例处理的产品对象为长12000mm、宽3500mm、厚150mm的低碳钢板，要求淬火冷却后沿整个截面的力学性能高于设定值，同时要求控制畸变量控制在一定范围。
由于淬火钢板的材料为低碳钢，即使在高的冷却强度下也不会产生开裂，因此采用一次浸液与出液的方式完成整个淬火冷却过程。
本实施例采用的钢板淬火冷却设备结构如图I所示，与实施例I相同，由升降驱动装置I、淬火钢板2、料架3、转轴4、放水闸门5、闸门导向框架6、内槽体7、外槽体8、向内槽注水管路9、泵10、由外槽抽水管路11、支座12、外槽液面13、定位桩14、内槽液面15等组成。
采用上述装置，所述淬火冷却方法具体实施如下
设备初始状态为料架3处于水平位置(上位)，放水闸门5处于开启状态，内槽液面15处于下液面(低于料架3)(见图I)。
浸液过程为首先将完成奥氏体化的淬火钢板2转移到处于水平位置(上位)的料架3上(见图2)，在升降驱动装置I的驱动下料架3以转轴4为旋转轴旋转做向下运动进入液体之中，最终到达设定的位置停止，此时料架3与原来的水平位置呈一定的角度(见图 2)，在料架3向下做旋转运动的同时，启动由外槽体向内槽体注水系统和关闭快速放水系统,此时液体由外槽体8注入到内槽体7内，内槽体7的内槽液面15上升将淬火钢板2全部浸没，注满内槽体7后的液体被溢流到外槽体8内(见图4)。
出液过程为在升降驱动装置I的驱动下料架3以转轴4为旋转轴做向上旋转运动到水平位置，同时、提前或滞后关闭由外槽体向内槽体注水系统和开启快速放水系统，此时水通过快速放水系统由内槽体7流到外槽体8内，内槽体7的内槽液面15下降到料架3 的下方，淬火钢板2全部露出液面(见图5与图6)。
实施例3
本实例处理的产品对象为长7000mm、宽2000mm、厚500mm的P20塑料模具钢，要求淬火冷却后沿整个截面获得马氏体、下贝氏体及少量残余奥氏体组织。
为避免淬火过程中产生开裂，采用水_空交替控时淬火冷却工艺，即在严格控制时间前提下的水淬+空冷+水淬+空冷+……的工艺。
本实施例采用的钢板淬火冷却设备结构如图I所示，与实施例I相同，由升降驱动装置I、淬火钢板2、料架3、转轴4、放水闸门5、闸门导向框架6、内槽体7、外槽体8、向内槽注水管路9、泵10、由外槽抽水管路11、支座12、外槽液面13、定位桩14、内槽液面15等组成。
采用上述装置，所述淬火冷却方法具体实施如下
设备初始状态为料架3处于水平位置(上位)，放水闸门5处于开启状态，内槽液面15处于下液面(低于料架3)(见图I)。
浸液过程为首先将完成奥氏体化的淬火钢板2转移到处于水平位置(上位)的料架3上(见图2)，在启动升降驱动装置I的驱动下料架3以转轴4为旋转轴做向下旋转运动进入液体之中，最终到达设定的位置停止，此时料架3与原来的水平位置呈一定的角度(见图2)，由于淬火对象宽度尺寸相对较小，在料架3向下旋转运动倾斜一定角度后淬火对象即可全部浸到液体之中，所以可以不启动由外槽体向内槽体注水系统和关闭快速放水系统即可实现浸液过程。
出液过程为在升降驱动装置I的驱动下将料架3以转轴4为旋转轴做向上旋转运动上升到水平位置(见图5与图6)。上述过程为一次浸液(水淬)与出液(空冷)过程，所谓的水-空交替控时淬火冷却工艺就是在严格控制各段时间的前提下的反复浸液与出液过程。
以上实施例上述方法与设备，可以快速方便的实现钢板以一定倾斜角度浸入液体之中，解决了钢板水平放置浸入液体后钢板下表面大量蒸汽膜不能顺畅排出而产生上下板面冷却强度差异大的问题，同时也减小了钢板垂直方式浸入液体中的先浸液一边与后浸液一边的时间差。
应当指出的是，以上实施例仅为本发明的一部分实施方式，比如快速放水系统还可以采用电动蝶阀或其它能实现快速防水功能的阀门等，因此本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种钢板淬火冷却方法，其特征在于将钢板板面以与液面平行的方式放置在淬火槽上方的料架上，料架在驱动装置的驱动下以料架长度方向的一侧为转轴向下旋转一定角度，此时钢板部分浸入到液体之中，同时向淬火槽内注入液体，淬火槽中液体的液面上升直到将钢板全部浸没，从而实现钢板倾斜淬火冷却的目的。
2.一种用于实现权利要求I所述方法的钢板淬火冷却设备，其特征在于包括淬火钢板倾斜浸液与出液系统、由外槽体向内槽体注水系统以及快速放水系统，其中所述淬火钢板倾斜浸液与出液系统由升降驱动装置、料架、转轴和支座组成；所述由外槽体向内槽体注水系统由内槽体、外槽体、向内槽注水管路、泵和由外槽抽水管路组成；上述各部件连接方式为升降驱动装置设置在外槽体的一侧或顶部，内槽体设置在外槽体内，料架、转轴、支座和定位桩设置在内槽体内，快速放水系统设置在内槽体的外侧上部，向内槽注水管路、泵和由外槽抽水管路设置在外槽体的外侧下部将内槽体与外槽体联通。
3.根据权利要求2所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，所述由外槽体向内槽体注水系统,通过该系统将外槽体与内槽体联通,在泵的驱动下将外槽体的水注入到内槽体内，该系统装有止回阀，在泵停止工作的情况下内槽体的液体不会流到外槽体中。
4.根据权利要求3所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，所述由外槽体向内槽体注水系统的数量是根据需要注入的水量和注水速率确定，并且可以沿外槽体的四周设置。
5.根据权利要求2所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，所述的快速放水系统由放水闸门和闸门导向框架组成，放水闸门和闸门导向框架设置在内槽体的外侧上部。
6.根据权利要求2所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，所述的快速放水系统是电动蝶阀或能实现快速放水的阀门。
7.根据权利要求2-6任一项所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，所述淬火钢板倾斜浸液与出液系统，其与水平位置的夹角即倾斜角度α介于0°、0°之间。
8.根据权利要求2所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，在所述升降驱动装置的驱动下料架以转轴为旋转轴旋转进入水中，最终到达设定的位置停止，此时料架与原来的水平位置呈一角度，在料架向下旋转运动的同时，启动由外槽体向内槽体注水系统和关闭快速放水系统，此时水由外槽体注入到内槽体，内槽体的液面上升直到将淬火钢板全部浸没，注满内槽体后液体溢流到外槽体内。
9.根据权利要求2所述的一种钢板淬火冷却设备，其特征在于，在所述升降驱动装置驱动下将料架以转轴为旋转轴旋转上升到水平位置，同时关闭由外槽体向内槽体注水系统和开启快速放水系统，此时水通过快速放水系统由内槽体流到外槽体内，内槽体的液面下降到料架的下方，淬火钢板全部露出水面。
全文摘要
本发明提供一种钢板淬火冷却方法及设备，所述方法将钢板板面以与液面平行的方式放置在淬火槽上方的料架上，料架在驱动装置的驱动下以料架长度方向的一侧为转轴向下旋转一定角度，此时钢板部分浸入到液体之中，同时向淬火槽内注入液体，淬火槽中液体的液面上升直到将钢板全部浸没，从而实现钢板倾斜淬火冷却。所述设备包括淬火钢板倾斜浸液与出液系统、由外槽体向内槽体注水系统以及快速放水系统。本发明可以快速方便的实现钢板以一定倾斜角度浸入液体之中，解决了钢板水平放置浸入液体后钢板下表面大量蒸汽膜不能顺畅排出而产生上下板面冷却强度差异大的问题，同时也减小了钢板垂直方式浸入液体中的先浸液一边与后浸液一边的时间差。
文档编号C21D9/00GK102925633SQ20121038474
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者陈乃录, 戎咏华, 左训伟, 贾晓帅 申请人:上海交通大学