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重要技術方法。經濟飛速發展的大環境下,對中厚板制品質量要求等級越來越高，如我們常見的管線用板、壓力容器板、工程機械板等等，需要進行淬火工藝。在生產線上，我們用淬火機作為關鍵設備,用水作為冷卻介質,通過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。而在水壓的低壓段，更加是帶走了從鋼板中心傳導到鋼板表面的熱量,使鋼板的溫度接近室內的溫度,但在鋼板淬火的實際過程中，過于急速的冷卻問題非常容易給淬火鋼的板型造成嚴重的后果。而在劇烈冷卻過程容易在鋼板中產生較為嚴重的殘余應力，導致鋼板完成淬火工藝出現了彎曲變形，影響后期使用性能。經過大量的實驗研究，淬火過程中產生的鋼板翹曲問題嚴重影響了鋼板外觀質量，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中就顯得舉足輕重[1]。

1 鋼板放入爐前的預備工序對鋼板成型的影響

1.1 鋼板的初始板型的影響

一般來說，由于工藝浪型瓢曲在通過正火時無法被消除,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的負面影響,并且通過淬火和回火的處理后矯正這種先天板型缺陷的難度增加,鋼板的平直度會與標準要求相差更遠，所以要進入爐內加工的鋼板不允許出現浪型瓢曲的情況。如圖1為進淬火機之前鋼板瓢曲浪型。面對鋼板的初始板型的瓢曲缺陷,應先通過預先矯直,降低鋼板不平度等措施人爐前進行加工，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

對于需要進行淬火處理的鋼板需要進行鋼板拋丸處理，來去除鋼板表面的氧化鐵皮，一方面可以避免爐輥結瘤的產生，同時也可以保證鋼板淬火過程中冷卻的均勻性。但是如果拋丸機運行效果不良，造成鋼板表面不均勻的殘留氧化鐵皮，會導致鋼板在淬火過程中的上下表面在冷卻時速度不均,從而導致鋼板在淬火后發生瓢曲。

對于已經拋丸干凈的鋼板，如果爐膛內部的無氧化氛圍不好，當O2含量超過0.6%時，氮氣保護氛圍會失效，鋼板在爐膛內部會快速被氧化。如果氧化層不均勻，會導致鋼板在淬火過程中的冷速不均勻，產生瓢曲。圖2 為因為氧化鐵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 加熱工序對鋼板成型的影響

2.1 鋼板溫度的均勻性的影響

一般在淬火爐內,鋼板的上表面比下表面要先達到既定的溫度,前半段與后半段相比先達到既定的溫度,邊緣部分和中間部分相比先達到既定的溫度。如果我們只是參考鋼板的某一部分到達既定溫度所需要的時間來制訂淬火的時間，那么鋼板就會出現溫度不均的情況,這時鋼板的板型自然不容易把握。所以,鋼板淬火加工時間的長短應按照升溫速度慢的部分的時間來設定。燒嘴對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，對燒嘴的監控和及時維修是非常重要的。熱電偶和高溫計的檢測精度也至關重要。因此我們要特別注重淬火爐燒嘴的維護,同時要定期對于熱電偶以及高溫計進行校驗。為了更好的評估熱處理的鋼板溫度均勻性，每年要對熱處理爐做鋼板黑匣子測試，以校驗鋼板實際加熱過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淬火鋼板板型有重要的影響。在鋼板進行淬火過程中,根據鋼板的厚度調整淬火機框架的高度。淬火機框架高度達到設定的高度時,才能執行鋼板的淬火指令。淬火機擁有三個種類的高壓段噴嘴,分別為快冷噴嘴、雙聯超快冷噴嘴和縫隙式噴嘴。因為高壓段的噴嘴的傾斜程度是固定的,所以如果框架的位置精度的變化,會導致上下噴嘴噴射出的冷卻水打到鋼板的上的位置發生變化，也會造成上下表面達到既定溫度的時間不同而產生瓢曲的問題。與此同時，隨著設備長時間的使用和損耗,淬火機框架的位置會發生偏移、集管會產生變形及基礎下降,這些情況產生以后,小部分出水孔的噴水位置會發生偏移，導致實際噴水不均勻,使冷卻效果大打折扣。對薄板板型控制有一定的危害。為了更精確的確定淬火機噴水效果，可以進行鋼板的打擊實驗，將厚規格鋼板的側面抹上黃油以后，將鋼板倒著送入淬火機，然后開啟狹縫噴嘴。通過檢查鋼板側面黃油的情況，可以判斷上下噴嘴噴射的冷卻水打到鋼板上的實際位置是否有偏差。圖3為輥壓式淬火機。

圖3 輥壓式淬火機

2.3 輥縫偏差的影響

輥式淬火機的結構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。當輥縫位置鋼板的位置相差過大時，鋼板上部的水如果向前會經由輥縫間隙發生流動而影響到水管的集水比例,如果向后會導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,更為嚴重的是會有一定量的水流進淬火爐從而干擾淬火爐內的爐溫控制。根據以往各個工廠的生產結果來分析,輥縫參數的設置很大程度上影響著薄板是否能夠精準成型,但是對于比較厚的鋼板板形來說，輥縫參數對其影響較微弱。除此之外,輥縫的作用原理是利用反作用力對發生彎曲變形的鋼板進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 結語

通過研究，我們可以發現在薄鋼板淬火過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。但經過我們的研究發現，可以從保障原料質量、提高鋼板加熱均勻性、提高淬火設備精度方面入手，給后續的淬火水量的調整、淬火輥速的調整等工藝配方提供良好的基礎條件。只有在淬火過程中所有的環節都要做到精準把控，才能滿足薄規格鋼板淬火的板型要求，才能不斷推進薄規格鋼板淬火工藝的進步。