专利名称：提高正火钢板综合力学性能的方法及其冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及提高钢板综合力学性能的方法，具体地指一种提高正火钢板综合力学性能的方法及其冷却系统。
背景技术：
正火工艺是将钢加热到Ac3 (或Acm)点以上30 50°C，保温一定时间后，在空气中冷却的热处理工艺。由于空冷的冷却速度较慢，晶粒在空冷的过程中还会聚集长大，导致钢板强度降低，所以采用正火后空冷的方法，得到的钢板性能将不能满足实际生产的需要。如果选择比空冷较快的冷却速度进行冷却，获得更加细化的组织，钢板的综合力学性能将会进一步提高。因此在正火后选择一种合适的冷却工艺对于改善钢板的组织和综合力学性 能具有十分重要的意义。目前，解决正火后钢板强度偏低的方法主要有(I)淬火机cooling模式的开发现有淬火机是设置在正火炉之后用于冷却钢板的水冷设备。使用该设备时，通过关闭淬火机部分水冷段，并精确设置其它水冷段的水流量、及钢板上下表面水比，辊道运行速度等参数，使淬火机水冷强度适宜，以实现钢板正火后的加速冷却，达到控制钢板内部组织的转变，提高强度的目的。(2)气雾冷却和层流冷却结合或者气雾冷却和喷射冷却结合在正火炉后安装一套冷却装置，冷却形式为气雾冷却和层流冷却结合或者气雾冷却和喷射冷却结合。层流冷却和喷射冷却为水冷，其水压力为O. I O. 5MPa ;气雾冷却为水气混合冷却，其水压为O. I O. 6MPa，气雾冷却气压为O. 15 O. 8MPa。通过这种方式来实现正火后钢板的加速冷却，细化晶粒，提高钢板的综合力学性能。以上两种方法是目前解决正火后钢板空冷强度偏低的主要方法，都是通过正火后控制冷却的方式来改善钢板的内部组织，达到提高钢板强度的目的。但是以上两种方法在实施的过程中存在着一些问题对于方法(I)由于是采用淬火机来实现加速冷却，因此正火后钢板必需先经过抛丸才能进炉，淬火炉一般为无氧化炉，辐射管加热，热效率低，且淬火炉设备维护成本高。生产时，用于淬火的高低压水系统必须保持正常运行，其生产成本高。对于方法(2)，对冷却装置中涉及的喷嘴的设计、冷却方式的搭配要求较高。水气配比稳定才能确保冷却均匀，冷却范围窄，对正火后钢板的表面质量要求较高，如果钢板在炉内产生了氧化铁皮，采用这种方法冷却时容易使钢板冷却不均匀，而且氧化铁皮容易粘接在钢板表面。同时，以上两种方法只考虑了钢板出炉后加速冷却的工艺，并未考虑加热对钢板性能的影响，存在一定的局限性。综上所述，正火后加速冷却的方式已成为了一种提高正火钢板强度的主要手段，但目前的技术还存在着一些局限性。因此，开发新的技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服通过热机械轧制方法生产钢板，正火后强度常低于标准下限的缺陷，提供一种通过控制钢板的加热、保温、冷却过程以提高正火钢板综合力学性能的方法及其冷却系统。为实现上述目的，本发明所设计的提高正火钢板综合力学性能的方法，包括以下步骤(I)采用正火炉处理钢板时，将钢板以Vl的速度通过加热区、对钢板进行加热，然后以V2的速度通过保温区、对钢板进行保温；(2)保温结束后,利用水压为O. 2 O. 8MPa的水雾对钢板进行冷却,冷却速度为10 30°C /s，钢板的终冷温度为500 750°C ；其中，Vl=(加热区长度一钢板长度一炉内钢板间距)/加热区运行时间；·所述加热区运行时间的确定方法为根据钢板板厚计算钢板达到正火加热的目标温度所需的加热时间，公式为1.3 1.6min/mmX钢板厚度，该加热时间即为加热区运行时间；需要说明的是，不同钢板种类其正火加热的目标温度不同，目标温度的确定为现有技术，可以根据常用经验公式推导或实验得出，然后结合正火炉的加热功率和实际情况，从上述公式中I. 3 1. 6min/mm选择合适的系数。V2=保温区长度/保温区运行时间，所述保温区运行时间为10 20分钟。优选地，所述步骤2)还包括，水雾冷却前，利用压缩气体吹扫钢板表面，以去除其表面附着的氧化铁皮，在水雾冷却后，利用压缩气体吹扫钢板表面，以去除残留其表面的冷却水。所述步骤2)中的冷却速度优选为15 25 V /s,钢板的终冷温度优选为600 700。。。所述步骤2)中的水雾的水压优选为O. 4 O. 6MPa。本发明还提供了一种提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，包括辊道，所述辊道上下设置有水雾冷却装置，位于所述水雾冷却装置前后的辊道的侧边均设有出风朝向辊道内侧的压缩气体吹扫装置，所述水雾冷却装置包括多组设置在辊道上方和下方的喷嘴，每组喷嘴沿辊道轴向设置，且从辊道边缘至辊道中心方向喷嘴之间的间距递减。所述压缩气体吹扫装置包括多个设置在辊道上方的斜向下出风的气体喷嘴。所述多个气体喷嘴的出风方向和辊道所在平面的夹角均为135 150°所述多个气体喷嘴沿远离水雾冷却装置的方向，其长度递增，以扩大气体喷嘴的吹扫范围。所述气体喷嘴的出风口为扁平出风口，以提高风速，且扁平的出风口可以进一步扩大吹扫范围。所述水雾冷却装置为提供O. 2 O. 8Mpa压力水雾的冷却装置。高压水雾，雾化更均匀，有利于均匀且快速为钢板降温。本发明的有益效果所提供的提高正火钢板综合力学性能的方法，具有如下优点
(I)对于宽、厚钢板在加热区利用大功率烧嘴，高温快速加热，保温一定时间后，快速出炉，避免了奥氏体晶粒长大，为后续的加速冷却提供了有利的条件。(2)采用正火后雾化冷却的方式，钢板迅速从正火温度冷却到60(T70(TC，减少了钢板在冷床上的冷却时间，提高了冷床的利用效率。(3)通过热交换效率更高的水雾冷却提高了钢板的组织转变的过冷度，有效的阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，充分的发挥了钢板热处理过程中的组织细化提高强度的作用。采用水雾控冷冷却能力范围大，水直接从淬火机高位水箱连接，压力稳定，通过水雾冷却喷嘴的合理布置，实现了钢板横向冷却的均匀性。(4)通过在水雾冷却装置前添加压缩空气吹扫装置，可以有效的避免钢板在经过水雾冷却装置后表面的氧化铁皮附着在钢板表面，影响钢板的表面质量；通过在水雾冷却装置后添加压缩空气吹扫装置，可以有效的避免残留的水在钢板上晃动使钢板冷却不均。同时将冷却过程中剥离的氧化铁皮吹掉，避免钢板返红后粘贴在钢板表面，影响表面质量。应用本发明方法所生产的钢板，钢板的屈服强度可以提高5(Tl00MPa同时钢板的塑性和韧性基本保持不变，钢板的一次性能合格率大大的提高，节约了成本，降低了能耗。此外，本发明提供的提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其设备简单，投资少，可提高钢板表面质量，具有较好的实用性。
图I为本发明的提高正火钢板综合力学性能的冷却系统的立体结构示意图。图2为图I中水雾冷却装置的A— A剖视结构示意图。图3为图2中喷嘴的放大结构示意图。图4为图I中压缩气体吹扫装置的放大结构示意图。图5为图4中气体喷嘴的剖视结构示意图。图6为气体喷嘴的立体结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。实施例I以钢种Q370qE为例，详述提高正火钢板综合力学性能的方法，钢种Q370qE的规格厚 BOmmX 宽 2500mm X 长 12000mm。第一步利用经验公式计算钢板Ac3温度点，Andrews公式Ac3=910 — 203C1/2 — 15. 2Ν +44. 7Si+104V+31. 5Mo+13. Iff,适用于C < 0. 6wt%, Mn ^ 4. 9wt%, Cr ^ 5wt%, Ni ^ 5wt%, Mo ^ 5. 4wt%, (wt% 质量百分数)，根据Ac3的计算值确定得出钢种Q370qE加热的目标温度为880±10°C。第二步钢板板厚计算钢板达到正火加热的目标温度所需的加热时间，公式为
I.3" . 6min/mmX钢板厚度,该加热时间即为加热区运行时间；综合考虑上述加热的目标温度和正火炉的加热功率，选择系数I. 33min/mm，得出钢种Q370qE的加热时间为80分钟。正火炉内加热区长度为65000mm，保温区长度22000mm，炉内钢板间距1000mm，保温时间选择为10分钟。则加热段速度和保温段速度分别为加热段速度Vl= (65000 — 12000 — 1000) /80 =650mm/min=0. 65m/min
保温段速度V2=22000/10=2200mm/min=2. 2m/min如果按照现有方法中炉子自动计算，得出的结果如下钢板的运行速度=(164367— 77834) /90=745. 33mm/min ^ O. 86m/min根据上述计算得出的数据，首先采用正火炉处理钢板，将钢板以Vl的速度通过加热区对钢板进行加热，然后以V2的速度通过保温区对钢板进行保温；钢板出炉后，进入加速冷却区域，进行水雾冷却，水雾压力O. 5MPa，终冷温度控制在700°C，冷却速度25°C /S，且在水雾冷却前利用压缩气体吹扫钢板表面，以去除其表面附着的氧化铁皮，在水雾冷却后，利用压缩气体吹扫钢板表面，以去除残留其表面的冷却水。钢板尾部离开控冷区后，位于控冷区后面的检测光栅检测不到钢板信号时关闭冷却装置，钢板出了冷却装置后进入矫直机到冷床空冷。实验结果下面是2批钢种Q370qE的钢板分别采用现有正火及冷却方法和采用本发明的提高正火钢板综合力学性能的方法，所获得成品的性能比较。表I常规正火后Q370qE性能
权利要求
1.一种提高正火钢板综合力学性能的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 1)采用正火炉处理钢板时，将钢板以Vl的速度通过加热区对钢板进行加热，然后以V2的速度通过保温区对钢板进行保温； 2)保温结束后，利用压力为O.2 O. 8MPa的水雾对钢板进行冷却，冷却速度为10 300C /s，钢板的终冷温度为500 750°C ； 其中，Vl=(加热区长度一钢板长度一炉内钢板间距)/加热区运行时间，单位为m/min ； 所述加热区运行时间的确定方法为根据钢板板厚计算钢板达到正火加热的目标温度所需的加热时间，公式为I. 3 I. 6min/mmX钢板厚度，该加热时间即为加热区运行时间； V2=保温区长度/保温区运行时间，单位为m/min，所述保温区运行时间为10 20min。
2.根据权利要求I所述提高正火钢板综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤2)中，在水雾冷却前利用压缩气体吹扫钢板表面，以去除其表面附着的氧化铁皮，在水雾冷却后，利用压缩气体吹扫钢板表面，以去除残留其表面的冷却水。
3.根据权利要求I或2所述提高正火钢板综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤2)中，冷却速度为15 25°C /s，钢板的终冷温度为600 700°C。
4.根据权利要求I或2所述提高正火钢板综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤2)中，水雾的压力为O. 4 O. 6MPa。
5.一种提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，包括辊道(1)，所述辊道(I)上下设置有水雾冷却装置(2)，其特征在于位于所述水雾冷却装置(2)前后的辊道(I)的侧边均设有出风朝向辊道(I)内侧的压缩气体吹扫装置(3)，所述水雾冷却装置(2)包括多组设置在辊道(I)上方和下方的喷嘴(4)，每组喷嘴(4)沿辊道(I)轴向设置，且从辊道(I)边缘至辊道(I)中心方向喷嘴(4)之间的间距递减。
6.根据权利要求5所述提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其特征在于所述压缩气体吹扫装置(3)包括多个设置在辊道(I)上方的斜向下出风的气体喷嘴(5)。
7.根据权利要求6所述提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其特征在于所述多个气体喷嘴(5)的出风方向和辊道(I)所在平面的夹角均为135 150°。
8.根据权利要求6或7所述提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其特征在于所述多个气体喷嘴(5)沿远离水雾冷却装置(2)的方向，其长度递增。
9.根据权利要求6或7所述提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其特征在于所述气体喷嘴(5)的出风口(6)为扁平出风口。
10.根据权利要求5或6或7所述提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其特征在于所述水雾冷却装置(2)为提供O. 2 O. 8Mpa压力水雾的冷却装置。
全文摘要
本发明公开了一种提高正火钢板综合力学性能的方法，通过合理延长钢板在正火炉中加热区的运行时间和缩短钢板在保温区的运行时间，避免了钢板中奥氏体晶粒长大，为后续的加速冷却提供了有利的条件。然后采用正火后雾化冷却的方式，使钢板迅速从正火温度冷却到600~700℃，热交换效率更高的水雾冷却提高了钢板的组织转变的过冷度，有效的阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，充分的发挥了钢板热处理过程中的组织细化提高强度的作用。本发明还提供了一种提高正火钢板综合力学性能的冷却系统，其设备简单，投资少，可提高钢板表面质量，具有较好的实用性。
文档编号C21D1/00GK102912091SQ20121039161
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者王明亮, 张俊峰, 杨波, 刘贵刚, 卜勇, 王成, 欧阳坤, 宋晓亮, 郭晓飞, 徐印根, 许友云, 周维, 杨斌, 李永生 申请人:武汉钢铁(集团)公司