中厚板表面热处理技术

中厚板表面热处理技术金属表面处理的方法1 前言中厚板的控轧控冷工艺发展很快，目前很大一部分通过控轧控冷工艺生产的钢板可以取代热处理钢板，即可节省能源，降低生产成本，而且从质量和性能上说也不次于热处理钢板。

然而，从当今的中厚板控轧控冷技术水平来说，中厚板的表面热处理工艺仍然还不能取消。

这是因为：1）从工艺上说，退火、回火、调质、缓冷等表面处理用控轧控冷工艺还实现不了；2）从钢种上说，耐压、耐候、抗压板、海上平台板、模具工具板、高中压锅炉容器板、合金结结板、桥梁板、不锈钢板及高牌号管线与船用板等，目前采用控轧控冷工艺尚有困难；3）从板厚上说，控轧控冷工艺多用于板厚在30mm以下。

而且线外热处理钢板的性能比较均匀稳定，偏差也小。

特别是热轧钢板性能不合要求时，通过线外热处理尚有补救的可能，一些控轧后钢板还可作为热处理的基板，使热处理钢板性能达到更高更完美。

当前，宽厚板性能的重要性越来越被人们所共识，一个现代化宽厚板厂的热处理工序，应该说是确保生产出高性能钢板所不可缺少的。

2 中厚板热处理的特点2.1 处理种类齐全随着用户对中厚板品种和质量的要求越来越严格，与其他钢材相比，中厚板热处理种类要求更加齐全，有正火（常化）、调质（淬火+回火、正火+回火）、高温回火、退火、淬火（水淬、油淬）及缓冷等方法，通常以正火处理最为普遍。

2.2 热处理量大在热轧钢材中以中厚板热处理量较大，一个现代化中厚板厂热处理量约占总产量的20％以上。

2.3 处理钢板尺寸与面积大热处理中厚板最宽可达5400mm，最长达到27m，一般要求长达18m，因此，炉子尺寸很大，有的热处理炉内宽达5800mm，长达102m。

2.4 钢板单重大一块钢板通常重达20t～30t，最重可达到1250t，因此，需要为之配套装出炉机械与吊车安置大吨位的设备。

2.5 淬火和快冷用水量大由于钢板单重大，淬火与快冷瞬间用水量高达10000m3～14000m3，供水系统很庞大，多数都需设有储水池或水塔来满足。

2.6 钢板易瓢曲变形与划伤钢板高温急冷、喷水不均匀，容易引起不均匀变形，造成钢板瓢出，需有强力矫平设备。

钢板高温转运时，下表面容易划伤和粘铁皮，因此，现代化炉多采用抛丸法除铁皮和保护气氛辐射管加热方式。

2.7 在线热处理利用轧后高温进行在线直接淬火与快速冷却处理，可以减少热处理设备和节省燃耗。

现在国内外都普遍在轧机后安设快冷装置，已成为一项非常实用的新技术。

3 热处理方法种类中厚板热处理种类较多，通常有正火（常火）、回火、淬火、退火及缓冷等六种金属表面处理方法。

现代中厚板生产以正火居多，近年来调质处理也增多。

3.1 正火将板加热至Ac3以上30℃～50℃，以一定速度冷却至常温。

板厚20mm以下空冷，厚20mm～50mm需加速冷却，而厚50mm以上正火效果差。

C<0.3％的钢板正火类似于退火，只是晶粒更小。

C≥0.3％的钢板正火的бb、бs比退火高。

C越高，正火后бb、бs提高越多，而б、ψ则降低。

含Cr、Ni低合金钢的正火效果更明显。

因此，正火是中厚板改善性能经济有效的措施。

采用炉型以保护气氛辐射管加热辊底式炉为主，在欧洲采用外部机械化室式炉也不少。

目前，大部分正火板钢板都可采用TMCP工艺来生产，而且晶粒更细，韧性更好，特别是船、管用板的焊接性能更能满足用户的要求。

3.2 调质将钢板加热至Ac3以上30℃～50℃，急冷淬火或自冷正火方法，紧接着加热至略低于Ac1，急冷或空冷回火后钢板可获得较高的综合性能，而且内应力小。

目前，锅炉容器、舰艇、海上平台，工程机械用板及重要建筑等用高合金、高强度钢板采用调质处理比较多，一般均采用保护气氛辐射管加热辊底式淬火正火炉、直火回火炉及辊式淬火机作业线来处理。

对于有回火脆性的合金钢板应当在淬火后及时进行高温回火后快冷。

而一些淬火后内应力比较大的钢板也应及时回火，以消除回火脆性。

一般说，轧后直接淬火可代替调质热处理的淬火，另外，TMCP工艺也可达到调质的要求，但稳定性与均匀性比较差。

一些重要用途钢板还不能取消线外热处理工艺来完成。

3.3 回火一般以高温回火方法为主，将钢板加热至600℃～Ac1后缓慢冷却。

目的是消除内应力，降低硬度，防止“白点”形成。

主要用于Cr、Ni等合金钢。

回火炉炉型有辊底式、罩式、室式及车底式等，因处理温度比较低，一般均采用直火加热方式。

3.4 淬火淬火方法是将钢板加热至Ac3及Ac1以上，随后急冷。

目的是获得所要求的物理、力学性能。

如不锈钢进行固溶处理，加热至1050℃～1150℃水冷淬火，获得均一的奥氏体组织，保证有高的抗蚀性能。

炉型以辊底式为主，厚板有用室式和车底式炉。

为了避免划伤，一般不用压力淬火方式，而厚板多用水槽浸淬方式。

3.5 退火退火方法要求不同，其加热温度也不一样，一般Ac3、Ac1及Acm上下温度，且以足够时间保温，然后缓慢冷却。

目的是降低变形抗力，提高塑性，以利于切削加工或压力加工；消除内应力；扩散气体，均匀细化结晶组织。

炉型有罩式、室式及车底式。

厚板处理以车底式炉为主，而中板处理以罩式和室式居多。

3.6 缓冷将轧后钢板余温进行缓慢冷却至150℃以下，目的是消除“白点”和避免表面裂缝。

4 中厚板热处理炉型中厚板热处理用炉子有辊底式、车底式、外部装出料机室式、罩式、双步进梁式及缓冷坑等六种型式。

现代化中厚板厂都设有辊底式，只有生产大单重特厚的特殊品种时才增设其他相应炉型。

4.1 辊底式炉钢板经辊道送入炉内，炉底辊连续或摆动往复输送中进行加热处理，炉底辊经齿轮或链条由电动机传动，适于大量正火，但非常不经济。

高温处理中多用辐射管加热和氮气保护，但处理前应经抛丸清除铁皮。

目前，炉子最长达102m，处理板宽达5350mm，温度高达1200℃。

炉底辊结构多用平辊，很少用花辊。

材质属Cr-Ni体系耐热钢。

处理温度950℃以下用25Cr20Ni，700℃以下用20Cr10-12Ni，而1150℃时用28Cr20Ni。

炉子配置常见有五种型式：1）为一座辊底式正火炉，除了正火处理以外，可进行正火加回火的调质处理，另外可进行单独的回火处理，但不能做正火后立即回火处理，故不适用有回火脆性的钢板。

重钢五厂采用此型式，国外有许多厂只用于正火处理，不设淬火机，产品受到一定限制。

但这种配置比较经济，产量比较小，必要时也可建在轧机作业线上或旁侧，冷却比较充分，且可省去一台矫直机。

2）为一座淬火正火（回火）炉，情况与1）相似，只是多了一台淬火机，可以做淬火处理，生产淬火回火的调质钢板。

3）为一座淬火正火炉和一座回火正火炉两座炉子组成，并设有连接辊道，可生产淬火加回火有回火脆性的调质钢板。

正火处理时，产能比较大，而且能够充分冷却。

如德国迪林根厂采用此配置与轧机作业线相连，省去许多设备，一炉多用，经济且灵活。

在实现控轧控冷条件下这种配置型式被认为是最理想的办法，无论产能还是品种都可达到圆满的要求。

4）为正火，淬火及回火三座炉子组成，舞钢厚板厂采用此配置，将调质线和正火线分开，调质板产量高，质量有保证，但投资比较大。

国外这种配置也不少，特别是对一些特殊钢板生产厂更为有利。

5）为正火，淬火及回火三座炉子组成，情况与4）相似，但生产灵活性好，正火板冷却比较充分。

4.2 车底式炉钢板装在台车上送入炉内加热处理，一般不用保护气体，为使温度分布均匀以循环风机将炉内气氛再循环。

适用于小批量大单重特厚特殊品种的退火、正火、回火等热处理，单重可不限制。

与罩式炉相比，吊车吨位小，厂房轨面标高低，但燃料单耗大，设备重一些。

每座车底式炉装料量为150t，加热时间为19h，装出炉时间为1h，每炉生产周期为20h，小时产量为7.5t，年工作时间为7000h。

则每座炉子年产量5.25万t。

年需处理15万t，选用三座炉子，负荷率达95％。

采用三座炉子平行一排布置方式，配置一台吊车，起重吨位按最大单重钢板来选定。

4.3 室式炉室式炉装出料靠外部机械化装出料机，先将要处理钢板吊至台架上，目前装出料机最大装出料重达20t，一次装出料块数不能超过20t。

室式炉装出料靠外部机械化装出料机，先将要处理钢板吊至台架上，目前装出料机最大装出料重达20t。

以80mm×3200mm×7500mm、单重15t板进行退火处理为例，加热速度定为3min/mm，加热时间需240min，装出料时间需20min，则生产周期为260min。

一座炉子生产能力为3.46t/h，年生产能力为24000t，年处理量为10万t时，设置5座炉时负荷率达83％。

炉子间各配置一个装出料台架，采用一台装出料机为4座炉子工作，应该说是很理想的一条热处理作业线。

4.4 罩式炉表面处理设备钢板装于炉座上，用吊车将罩子盖上加热处理，对于厚板采用保护气体，适用于大量生产中厚板的退火和高温回火等热处理，也可作为缓冷用。

投资少、产能大、吊运炉罩要求吊车吨位大、厂房轨面标高一些，同一跨内设置多座时比较经济。

装料量过大时，加热时间长，容易产生脱碳与板型瓢曲，且氧化也比较严重。

每个炉座装料量为150t，但生产周期比车底式炉长，达到30h，小时产能为5t，每个炉座产量为3.5万t。

年处理量为15万t，需要设置5座炉子，用一台大吊车是合理的，如炉子在3座以下时，大吊车高厂房就不经济了。

4.5 双步进梁式炉表面处理设备双步进梁式热处理炉，也称为同步式炉。

它与步进梁加热炉不同，没有固定梁，由两组可动梁组成，第一组可动梁将钢板抬升前进，第二组可动梁升起从第一组可动梁上接过钢板并送进。

如此循环工作，钢板如同炉底辊运输一般，可保持作业中心线不变，以一定速度连续平滑地运送。

在运送中不会划伤钢板下表面，并可与装出料辊道完全同步，其运送速度可自由调整，不但可逆送，且能停下，可满足处理厚而大面积钢板，同时不需要防备电源事故的紧急措施。

这种炉子的配置处理能力计算可仿照辊底式炉。

但产能比较低。

4.6 缓冷坑缓冷坑有加热和非加热之分，加热缓冷坑多用高合金钢板生产，要求缓冷温度比较高和缓冷时间比较长。

每个坑平均装坑量为30t，缓冷周期为100h，每个坑小时处理量为3t，年处理时间为7000h，年处理能力为2.1万t。

若年需缓冷钢板为10万t时，设置六个坑，则负荷率达80％。

布置按两个坑一组，两坑共用一个开盖位置，这样比较节约厂房。

5结语我国中厚板厂很多，但拥有先进热处理设备的厂家并不多。

作为一个生产多种高品位优质中厚板厂，缺少一定的线外热处理措施，应该说是不够完善的，生产钢板品种将会受到某些限制，因此，热处理设备是中厚板厂必不可少的。