TMCP：柔性化在線熱處理技術(shù)裝備

　　近年來(lái)，在線熱處理技術(shù)受到普遍重視，這是因?yàn)樵诰€熱處理利用軋制余熱對(duì)鋼材進(jìn)行熱處理，可以省去離線熱處理的二次加熱工序，因而達(dá)到節(jié)約能源、簡(jiǎn)化操作、縮短產(chǎn)品交貨期的目的。同時(shí)，在線熱處理可以利用材料熱軋過(guò)程中積累的應(yīng)變硬化，在有些情況下可以得到比離線熱處理更優(yōu)的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

　　

　　傳統(tǒng)的在線熱處理包括加速冷卻和直接淬火（DQ）。傳統(tǒng)的在線熱處理工藝和裝備有兩方面的問(wèn)題。其一，軋后冷卻過(guò)程是調(diào)整材料相變組織乃至性能的重要階段。為了得到需要的材料組織和性能，僅僅依靠冷卻是不夠的，有時(shí)候還需要加熱。其二，即使是冷卻過(guò)程，出于冷卻路徑控制的需要，也不能僅靠簡(jiǎn)單的加速冷卻。人們希望可以在低速到直接淬火之間進(jìn)行寬范圍的冷卻速度控制，還希望可以控制冷卻的路徑，甚至可以在線加熱。這樣，就可以依據(jù)需要的材料組織和性能，在線控制材料的冷卻路徑，即實(shí)施柔性化的熱處理過(guò)程。通過(guò)軋后的熱處理，可以得到多種多樣的材料組織和性能，實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新、提升材料性能的空間廣闊。在這種情況下，各種在線熱處理的新設(shè)備、新工藝應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)當(dāng)注意的是，除了加熱和冷卻設(shè)備之外，生產(chǎn)線上的其他設(shè)備，如熱連軋的卷取機(jī)和各類鋼材的精整設(shè)備也可能須進(jìn)行適應(yīng)性改造。

　　

　　超快速冷卻系統(tǒng)的發(fā)展

　　

　　Super－OLAC：1998年，JFE西日本制鐵所福山地區(qū)厚板廠對(duì)原有的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，建設(shè)了Super-OLAC （超級(jí)在線加速冷卻）新型加速冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)的z*大的特點(diǎn)是具有可達(dá)極限冷卻的冷卻速率和極高的冷卻均勻性。Super-OLAC系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)加速冷卻，又可以實(shí)現(xiàn)在線直接淬火。一套系統(tǒng)兼有直接淬火和加速冷卻兩種功能，是新一代控制冷卻系統(tǒng)的重要特征。

　　

　　CLC-μ：新日鐵于1983年率先采用冷卻前鋼材矯直和約束冷卻方式的冷卻系統(tǒng)，稱之為CLC（連續(xù)在線控制），并應(yīng)用于生產(chǎn)焊接性優(yōu)良的高強(qiáng)、高韌性鋼等產(chǎn)品。

　　

　　新日鐵在CLC應(yīng)用的基礎(chǔ)上，開發(fā)了新一代控制冷卻系統(tǒng)CLC－μ。CLC－μ繼續(xù)采用約束型的控制冷卻方式，但在冷卻噴嘴的形式和水量控制方法等方面發(fā)生根本性改變，大大增強(qiáng)了冷卻控制性能。

　　

　　ADCOS系統(tǒng)：國(guó)內(nèi)有關(guān)單位針對(duì)熱軋鋼材冷卻技術(shù)這一關(guān)鍵和共性技術(shù)和不同的鋼材門類，開發(fā)了與之相適應(yīng)的控制冷卻系統(tǒng)，統(tǒng)稱之為ADCOS（先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)）。

　　

　　針對(duì)中厚板提出了一種傾斜噴射的超快冷＋層流冷卻的新設(shè)計(jì)概念———ADCOS-PM（中厚板軋機(jī)），采用斜噴縫隙式噴嘴＋高密管式噴嘴的混合布置，將這兩種冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，極其均勻地將板面殘存水與鋼板之間形成的氣膜清除，從而實(shí)現(xiàn)鋼板和冷卻水均勻接觸的全面核沸騰。這不僅提高了鋼板和冷卻水之間的熱交換效率，而且可以實(shí)現(xiàn)鋼板的均勻冷卻，大大抑制了鋼板由于冷卻不均引起的翹曲。

　　

　　將ADCOS-PM的思想延伸，進(jìn)一步應(yīng)用到熱連軋機(jī)，ADCOS-HSM（熱連軋機(jī)）應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)在精軋機(jī)出口安裝超快速冷卻裝置，可以對(duì)鋼板實(shí)施超快速冷卻。在超快速冷卻系統(tǒng)后面，是常規(guī)的加速冷卻裝置。它可以單獨(dú)使用，進(jìn)行加速冷卻，也可以與超快冷進(jìn)行接力式冷卻，實(shí)現(xiàn)高軋制速度下高冷卻速度的直接淬火。

　　

　　針對(duì)棒材的ADCOS-BM（棒材軋機(jī)）工藝可以不改造主要設(shè)備，不降低作業(yè)率，不低溫軋制，不余熱淬火，由于強(qiáng)化了冷卻效果，可以提高冷床的冷卻效率，從而提高產(chǎn)量。利用該技術(shù)，可以在少用或者不用合金元素的情況下，利用335MPa級(jí)的20Mi生產(chǎn)HRB400、HRB500螺紋鋼筋，大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)生本。

　　

　　針對(duì)H型鋼的ADCOS-HBM（ H型鋼軋機(jī)）工藝可以對(duì)翼緣和腹板進(jìn)行均勻化快速冷卻，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研密切合作，這種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的H型鋼超快冷系統(tǒng)已經(jīng)取得突破，并于去年底投入使用，為我國(guó)H型鋼的升級(jí)換代作出了貢獻(xiàn)。

　　

　　在線加熱裝置的發(fā)展

　　

　　在線感應(yīng)加熱裝置：對(duì)中厚板進(jìn)行熱處理是生產(chǎn)高強(qiáng)度、厚規(guī)格產(chǎn)品的重要手段，因此各中厚板廠均配備相應(yīng)的熱處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)?；?、調(diào)質(zhì)、回火等熱處理工藝。

　　

　　2003年，JFE西日本制鐵所福山廠安裝了一套中厚板在線熱處理設(shè)備，可以處理的鋼板寬度達(dá)到4.5米。該系統(tǒng)被稱為HOP（ 在線處理），是目前世界上w*的一套中厚板在線熱處理裝置。

　　

　　HOP安裝于矯直機(jī)之后，為了提高加熱效率，簡(jiǎn)化裝置，采用巨大的感應(yīng)線圈，可以對(duì)鋼板進(jìn)行高速率的加熱；其采用幾臺(tái)高頻電源并聯(lián)式同步傳動(dòng)，鋼板內(nèi)部的感應(yīng)發(fā)熱量由通過(guò)線圈的電流精密控制，感應(yīng)發(fā)熱量可以方便地?fù)Q算成熱流量。經(jīng)過(guò)Super-O?鄄LAC淬火的鋼板通過(guò)HOP時(shí)，利用高效的感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行快速回火，可以對(duì)碳化物的分布和尺寸進(jìn)行控制，使其非常均勻、細(xì)小地分散于基體之上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)質(zhì)鋼的高強(qiáng)度和高韌性?；谔蓟锏奈⒓?xì)、分散、均勻控制，通過(guò)z*優(yōu)組織設(shè)計(jì)，可以大幅度提高材料的性能，生產(chǎn)的抗拉強(qiáng)度600MPa～1100MPa級(jí)調(diào)質(zhì)鋼具有良好的低溫韌性和焊接性能。

　　

　　熱處理爐：在直接淬火裝置后面采用熱處理爐也是一種常見的熱處理方式。例如A Luna棒線材廠在水冷－淬火線（DQS）后裝設(shè)一臺(tái)退火爐（ONA）。ONA爐是一座可以實(shí)現(xiàn)退火或回火的步進(jìn)梁式加熱爐，燃料為天然氣。新型換熱式燃燒器節(jié)省了燃料的消耗，氣體循環(huán)系統(tǒng)保證了爐內(nèi)溫度的均勻性。ONA爐有先進(jìn)的程序控制系統(tǒng)QCS（質(zhì)量控制系統(tǒng)）和熱電偶系統(tǒng)控制QCS系統(tǒng)。通過(guò)程序，熱電偶系統(tǒng)控制鋼材的溫度，并保證ONA爐內(nèi)的溫度均勻一致?？刂葡到y(tǒng)QCS還具有統(tǒng)計(jì)處理控制功能。鋼材進(jìn)入ONA爐的溫度范圍為100℃～750℃。

　　

　　加強(qiáng)柔性化在線熱處理技術(shù)裝備的開發(fā)和應(yīng)用

　　

　　ADCOS-PM在線熱處理工藝的應(yīng)用：在采用ADCOS-PM作為中厚板軋后冷卻系統(tǒng)時(shí)，由于超快冷設(shè)備的采用，為軋后冷卻控制提供了多種選擇方案。在軋制階段，依據(jù)鋼種的設(shè)計(jì)要求在高溫軋制和低溫軋制之間進(jìn)行優(yōu)化選擇。終軋之后，可以采用超快冷或者ACC（層流冷卻），實(shí)現(xiàn)從低冷速到高冷速的各種不同的冷卻速度。如果采用超快冷，可以對(duì)終冷溫度進(jìn)行控制；如果終冷溫度處于鐵素體相變溫度區(qū)間，可以稱為UFC（超快速冷卻）-F；如果終冷溫度處于貝氏體相變溫度區(qū)間，可以稱為UFC-B；如果終冷溫度處于馬氏體相變溫度以下，可以稱為UFC-M，或稱為DQ。對(duì)于UFC-F、UFC-B和DQ，后續(xù)還可以采用不同的熱處理方式，例如不同速率的冷卻、不同速率的加熱、不同的加熱溫度區(qū)間等。通過(guò)這些冷卻、加熱過(guò)程，可以獲得多種多樣的組織，因而得到多種多樣的材料性能。因此，采用ADCOS-PM與各種不同的后續(xù)冷卻、加熱過(guò)程配合，會(huì)使軋后的熱處理過(guò)程變得豐富多彩，具有極大的創(chuàng)新空間。

　　

　　中厚板Super-OLAC＋HOP的應(yīng)用：調(diào)質(zhì)工藝是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)板的重要手段。目前生產(chǎn)調(diào)質(zhì)鋼板主要有3種工藝，即傳統(tǒng)的離線淬火＋離線回火工藝，在線淬火＋離線回火工藝，在線淬火＋在線回火工藝。目前第三種工藝世界上僅JFE有一套，將Super-OLAC與HOP組合起來(lái)，在軋制線上完成調(diào)質(zhì)過(guò)程，可以靈活地改變軋制線上冷卻、加熱的模式，因此與傳統(tǒng)的離線熱處理相比，過(guò)去不可能進(jìn)行的在線淬火－回火熱處理，可以依照需要自由地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，組織控制的自由度大幅度增加。應(yīng)用該技術(shù)，JFE已經(jīng)完成了多批耐酸氣X65、X70管線鋼的供貨任務(wù)。

　　

　　在傳統(tǒng)的控制軋制和控制冷卻基礎(chǔ)上，軋后在線熱處理近年來(lái)得到迅速發(fā)展，成為TMCP（控軋控冷）技術(shù)研究的新熱點(diǎn)和前沿。在傳統(tǒng)的軋后冷卻方式（加速冷卻和直接淬火）基礎(chǔ)上，已經(jīng)開發(fā)出超快速冷卻和再加熱裝置等新型在線熱處理設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。該技術(shù)裝備涵蓋從加速冷卻的低冷速到直接淬火高冷速的全部冷速范圍，各種控制方式的開始點(diǎn)和終止點(diǎn)可以依據(jù)需要控制，冷卻路徑可以按照工藝要求進(jìn)行靈活的控制和調(diào)整。因此，材料的相變可以處于工藝過(guò)程的精細(xì)掌控之中，這就為鋼鐵材料的減量化生產(chǎn)和性能增強(qiáng)提供了極為廣闊的空間。因此，加強(qiáng)軋后柔性化在線熱處理工藝、裝備、技術(shù)、產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為軋制技術(shù)研發(fā)的重要趨勢(shì)，我們需要予以極大的重視。