雖然近年來對中厚鋼板性能的不同要求在壹定程度上主要取決於應用領域的差異,但對性能的要求越來越高。具體來說,性能要求涉及很多方面,包括高強度和改善焊接性能。為了滿足這些要求,精確的材料設計技術和先進的制造技術是課題的精髓。
基於這種情況,日本JFE鋼鐵公司開始開發以水淬為核心技術的熱機械控制工藝(TMCP)生產高強度、高韌性和優良焊接性的鋼板技術。下面簡單介紹JFE鋼鐵公司開發應用的中厚板制造技術,包括中厚板加速冷卻新技術超級OLAC技術和加速冷卻後在線熱處理工藝HOP技術(在線熱處理工藝)。同時,下面還介紹了Easyfab鋼板的制造技術,即通過應用具有新功能的冷矯直機,使中厚板中的殘余應力降至零。超OLAC技術的發展
與控制軋制技術壹樣,加速冷卻技術是TMCP工藝的核心技術。JFE鋼鐵公司是世界上第壹個開發並成功應用在線加速冷卻技術生產中厚板的鋼鐵企業。
20世紀90年代初,通過加速冷卻技術制造的TMCP鋼達到了提高鋼板強度和焊接性能的目的,從而有助於焊接結構建築用鋼使用的公平性和提高建築物的安全性,並開始應用於造船工業。然而,近年來,對鋼板質量的要求越來越嚴格,例如減少強度下降。為了滿足新的要求,基於壹種全新的理念,JFE鋼鐵公司進行了大量研究,以獲得與傳統冷卻技術相關的解決方案,並開發了新壹代加速冷卻工藝,稱為超級OLAC工藝,並應用於JFE鋼鐵公司的西日本鋼廠。
中厚板水淬過程中的傳熱和沸騰現象大致可分為兩種方式,即核態沸騰和膜態沸騰。在前壹種沸騰中,冷卻水與鋼直接接觸,熱量通過產生的氣泡傳遞。相比之下,在後面的沸騰中,在鋼和冷卻水之間形成蒸汽膜,熱量通過蒸汽膜傳遞。核細胞沸騰的冷卻能力高於薄膜沸騰。板材冷卻初期,板材表面溫度較高,膜態沸騰起主導作用。但隨著板片表面溫度的降低,蒸汽膜變得不穩定,冷卻水開始直接接觸板片,沸騰逐漸轉向核態沸騰。此外,在瞬時沸騰狀態下,當存在膜沸騰和核沸騰時,冷卻能力隨著持續冷卻而提高。在使用傳統冷卻方式時,如噴霧冷卻、層流冷卻等,如果提高冷卻水流量來強化冷卻,冷卻會迅速轉化為瞬時沸騰,這是核細胞沸騰和膜沸騰的混合。因此,冷卻變得不穩定,並且隨著連續冷卻過程,溫度偏差進行,導致中厚板質量不穩定。
為了解決這壹問題,JFE鋼鐵公司研究了避免冷卻開始時鋼板整個表面瞬間沸騰和核沸騰的冷卻方法。基於對板材上側冷卻的研究,提出了噴嘴盡可能靠近板材使冷卻水沿壹個方向即板材移動方向運動的方法,而板材下側的冷卻則是利用水槽中密集布置的噴嘴進行噴淋冷卻,即帶走水流冷卻板材。這種冷卻方法實現了在板的上下兩側具有高冷卻能力的核細胞的沸騰。對於厚度為30mm以上的中厚板的冷卻,這種方法達到了非常高的冷卻速度,相當於冷卻速度的理論極限。
這種冷卻方式比傳統的加速冷卻方式快2-5倍。此外,超在線加速冷卻處理後,中厚板表面溫度分布非常均勻。
超加速冷卻設備投產後的5年間,處理了300多萬噸中厚板。2003年5月,JFE鋼鐵公司西日本制鋼所中厚板廠2號超加速冷卻設備投產,3號設備於2004年7月投產。到目前為止,JFE鋼鐵公司的三個中板廠都配備了加速冷卻設備。“跳”
迄今為止,調質鋼板的熱處理都是由獨立於軋機的熱處理設備離線進行的。為了提高這種離線熱處理的效率,JFE鋼鐵公司在西日本制鋼所福山工廠安裝並投產了所謂的HOP熱處理工藝設備。
JFE鋼鐵公司此前開發了2m寬粗軋鋼坯的感應加熱設備,並應用於熱軋機精軋機前。然而,為了加熱寬度高達4.52米的板材,必須開發大型新型感應加熱設備。由幾套新研制的高頻電源組成的裝置同步運行,該技術的應用是壹個突破,在國際上首次實現了中厚板的感應加熱。
新開發的HOP是壹種感應加熱方式,利用電磁線圈產生的感應電流通過板材產生的熱量對其進行加熱。從加熱效率和設備簡化的角度來看,可以使用螺線管線圈。雖然熱量是在板內部產生的,但是可以通過控制輸入功率來嚴格控制產生的熱量。感應加熱產生的熱量轉化為熱通量,相當於燃氣加熱時的熱通量值105-107W/m2,該值比燃氣加熱約高100倍,因此可以實現大能量密度的加熱。
HOP設備緊接在熱矯直機之後,這種布置可以通過有效利用超在線加速冷卻後的中厚板的顯熱來提高加熱效率。因此,HOP被設計為壹種綜合加熱工藝設備,它的傳感器安裝在更靠近熱矯直機的位置。
啤酒花加工設備有以下兩個特點:
(1)對於軋制,建立同步在線熱處理軋制-加速冷卻-熱處理的完整在線流程,可以實現規模化生產,滿足極短的交貨期。
(2)新型中厚板的顯微組織是可控的。HOP和超級在線加速冷卻裝置的結合使得自由控制相變和碳和氮的沈澱成為可能。
三。多功能中板“Easyfab”
特別是在造船、建築和造橋領域,中厚板被切割成各種形狀和尺寸後用作組裝件。然而,最近對其方便性的要求更加嚴格。為此,JFE鋼鐵公司生產了壹種具有良好切削性能的可交易中厚板。利用超在線加速冷卻的控制冷卻特性,“Easyfab”板材成為不變形、不剪切、組裝效率高、加工性能好、疲勞壽命長的材料。
1.超在線加速冷卻工藝設備控制殘余應力技術
壹般來說,板材中的殘余應力主要是由軋制結束時的溫度分布差異引起的。當具有壹定溫度分布的板材冷卻到室溫時,由於位置不同,會產生不均勻的冷縮。這種不均勻的冷收縮會產生殘余應力。采用傳統的加速冷卻技術時,冷卻停止後立即產生的溫差很大,造成了很大的應力差,無論是板內還是板間。因此,剪切過程中也存在變形偏差。當采用冷卻均勻性好的加速冷卻技術,即超在線加速冷卻技術時,冷卻停止後板材的溫度分布會立即均勻,使TMCP板的殘余應力降低到與普通軋制板(無水冷卻)相同的水平。
2.新功能超低殘余應力鋼板冷矯直機的開發。
通常,在所謂的矯直過程中,使用冷矯直機(C/L)來校正中厚板的平直度。通過使用C/L函數給板材全寬度壹個均勻的大應變,使用超在線加速冷卻的均勻冷卻,可以生產出殘余應力極低的板材。隨著C/L處彎曲應變的增加,矯直後的殘余應力減小。此外,與傳統加速冷卻板相比,C/L前殘余應力更低的超在線加速冷卻板可以通過進行更小的C/L彎曲應變來獲得超低殘余應力區。2003年6月5438日至10月,JFE鋼鐵公司在西日本制鋼所的中厚板廠增加了C/L的新功能,目的是擴大矯直能力,生產超低殘余應力的中厚板。
(1)使用液壓動態控制進行垂直彎曲補償;
(2)使用楔形控制來補償水平彎曲。
C/L增加的新功能使中厚板寬度產生大而均勻的彎曲應變成為可能。對於寬厚板的矯直,即建立了均勻大壓下量矯直技術。
如上所述,通過使用具有均勻冷卻能力的超級在線加速冷卻技術,並采用具有新功能的非常有效的C/L,可以生產殘余應力極低的中厚板。