淬火薄板板型控制影响因素分析

史金柱，张广川，蔡连东

（山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800）

中厚板淬火是在热处理中的一项重要技术方法。经济飞速发展的大环境下,对中厚板制品质量要求等级越来越高，如我们常见的管线用板、压力容器板、工程机械板等等，需要进行淬火工艺。在生产线上，我们用淬火机作为关键设备,用水作为冷却介质,通过水压与高压段水量的最佳配合喷射到钢板的表面，从而使大量的热量散发。而在水压的低压段，更加是带走了从钢板中心传导到钢板表面的热量,使钢板的温度接近室内的温度,但在钢板淬火的实际过程中，过于急速的冷却问题非常容易给淬火钢的板型造成严重的后果。而在剧烈冷却过程容易在钢板中产生较为严重的残余应力，导致钢板完成淬火工艺出现了弯曲变形，影响后期使用性能。经过大量的实验研究，淬火过程中产生的钢板翘曲问题严重影响了钢板外观质量，所以分析影响淬火薄板板型控制的因素在淬火薄板的生产中就显得举足轻重[1]。

1 钢板放入炉前的预备工序对钢板成型的影响

1.1 钢板的初始板型的影响

一般来说，由于工艺浪型瓢曲在通过正火时无法被消除,这种板型的钢板很容易造成钢板局部冷却不均匀,加重了这种板型所带来的负面影响,并且通过淬火和回火的处理后矫正这种先天板型缺陷的难度增加,钢板的平直度会与标准要求相差更远，所以要进入炉内加工的钢板不允许出现浪型瓢曲的情况。如图1为进淬火机之前钢板瓢曲浪型。面对钢板的初始板型的瓢曲缺陷,应先通过预先矫直,降低钢板不平度等措施人炉前进行加工，让淬火钢板能够均匀冷却[2-5]。

1.2 钢板表面氧化铁皮的影响

对于需要进行淬火处理的钢板需要进行钢板抛丸处理，来去除钢板表面的氧化铁皮，一方面可以避免炉辊结瘤的产生，同时也可以保证钢板淬火过程中冷却的均匀性。但是如果抛丸机运行效果不良，造成钢板表面不均匀的残留氧化铁皮，会导致钢板在淬火过程中的上下表面在冷却时速度不均,从而导致钢板在淬火后发生瓢曲。

对于已经抛丸干净的钢板，如果炉膛内部的无氧化氛围不好，当O2含量超过0.6%时，氮气保护氛围会失效，钢板在炉膛内部会快速被氧化。如果氧化层不均匀，会导致钢板在淬火过程中的冷速不均匀，产生瓢曲。图2 为因为氧化铁皮原因造成淬火后钢板瓢曲[6]。

图2 氧化铁皮原因造成的钢板瓢曲

2 加热工序对钢板成型的影响

2.1 钢板温度的均匀性的影响

一般在淬火炉内,钢板的上表面比下表面要先达到既定的温度,前半段与后半段相比先达到既定的温度,边缘部分和中间部分相比先达到既定的温度。如果我们只是参考钢板的某一部分到达既定温度所需要的时间来制订淬火的时间，那么钢板就会出现温度不均的情况,这时钢板的板型自然不容易把握。所以,钢板淬火加工时间的长短应按照升温速度慢的部分的时间来设定。烧嘴对淬火炉温均匀性的保证起到了举足轻重的作用,若要让钢板温度均匀，对烧嘴的监控和及时维修是非常重要的。热电偶和高温计的检测精度也至关重要。因此我们要特别注重淬火炉烧嘴的维护,同时要定期对于热电偶以及高温计进行校验。为了更好的评估热处理的钢板温度均匀性，每年要对热处理炉做钢板黑匣子测试，以校验钢板实际加热过程中的钢板温度均匀性。

2.2 淬火工序的影响

首先框架的精度与辊缝偏差对淬火钢板板型有重要的影响。在钢板进行淬火过程中,根据钢板的厚度调整淬火机框架的高度。淬火机框架高度达到设定的高度时,才能执行钢板的淬火指令。淬火机拥有三个种类的高压段喷嘴,分别为快冷喷嘴、双联超快冷喷嘴和缝隙式喷嘴。因为高压段的喷嘴的倾斜程度是固定的,所以如果框架的位置精度的变化,会导致上下喷嘴喷射出的冷却水打到钢板的上的位置发生变化，也会造成上下表面达到既定温度的时间不同而产生瓢曲的问题。与此同时，随着设备长时间的使用和损耗,淬火机框架的位置会发生偏移、集管会产生变形及基础下降,这些情况产生以后,小部分出水孔的喷水位置会发生偏移，导致实际喷水不均匀,使冷却效果大打折扣。对薄板板型控制有一定的危害。为了更精确的确定淬火机喷水效果，可以进行钢板的打击实验，将厚规格钢板的侧面抹上黄油以后，将钢板倒着送入淬火机，然后开启狭缝喷嘴。通过检查钢板侧面黄油的情况，可以判断上下喷嘴喷射的冷却水打到钢板上的实际位置是否有偏差。图3为辊压式淬火机。

图3 辊压式淬火机

2.3 辊缝偏差的影响

辊式淬火机的结构分为上辊道和下辊道。上下排辊之间存在一定的间距，我们把它叫做辊缝。当辊缝位置钢板的位置相差过大时，钢板上部的水如果向前会经由辊缝间隙发生流动而影响到水管的集水比例,如果向后会导致上下表面的冷却速率不一致而加大钢板成型的控制难度,更为严重的是会有一定量的水流进淬火炉从而干扰淬火炉内的炉温控制。根据以往各个工厂的生产结果来分析,辊缝参数的设置很大程度上影响着薄板是否能够精准成型,但是对于比较厚的钢板板形来说，辊缝参数对其影响较微弱。除此之外,辊缝的作用原理是利用反作用力对发生弯曲变形的钢板进行一定的程度上的抑制，从而大大降低减小淬火板材的总变形量[7-9]。

3 结语

通过研究，我们可以发现在薄钢板淬火过程中需要我们掌控的工序是繁杂的，影响淬火的因素也是非常多样的。但经过我们的研究发现，可以从保障原料质量、提高钢板加热均匀性、提高淬火设备精度方面入手，给后续的淬火水量的调整、淬火辊速的调整等工艺配方提供良好的基础条件。只有在淬火过程中所有的环节都要做到精准把控，才能满足薄规格钢板淬火的板型要求，才能不断推进薄规格钢板淬火工艺的进步。