1中厚板熱處理生產線新型冷卻技術的發展

　　P20中厚板軋機或專用42CrMo中厚板熱處理線生產優質中厚板，所使用的原料性能在熱機軋制中設定。而熱處理線上，對軋制鋼板進行再加熱，精準冷卻之后，再做回火處理。

　　冷卻工藝是決定材料性能的關鍵環節。從20世紀50年代開始，中厚板軋機廣泛采用U型管層流冷卻系統，隨著原材料的不斷發展，對冷卻速率和冷卻靈活性要求大大提高，同時也促進了夾送輥噴霧冷卻系統的發展。21世紀初，噴淋和層流相結合的冷卻方式發展成了最先進的冷卻技術。

　　然而，優質原材料要求精確地對微觀結構進行調整設定，這項工作只能通過熱處理線實現。從20世紀60年代開始，在板材冷卻的熱處理線上，采用了高壓低壓分段結構的輥式淬火裝置，但這一措施只涉及少數工藝過程，主要是驟冷法。

　　SMS集團吸取了中厚板行業噴霧冷卻技術的豐富經驗，成功開發出了基于MultiFlex-Quench冷卻技術的新型撓性熱處理冷卻系統(見圖1)。

　　隨著該新型冷卻系統的問世，為中厚板熱處理線提供了寬廣的冷卻速率和冷卻模式，而且大幅度提高了鋼板的平整度。

2多選項大范圍靈活多變的冷卻方式

　　由于鋼板冷卻選項多種多樣，并結合夾送輥之間的鋼板液壓夾緊作用，加上MultiFlex-Quench工藝技術的投入使用，所生產的產品柔性好、品種多、平整度高。根據擬軋制鋼板的寬度，將冷卻集管沿寬度方向分成幾個分區，并按照買方需求以及生產程序，開發設計了多種選項，擴大了MultiFlex-Quench技術的使用范圍，在三個或四個分段中成對設置冷卻集管，靈活控制分段中的分區，更加精準地調整冷卻范圍，調整范圍可精確到1/60的冷卻分區，冷卻速率更加寬泛。

　　在基本冷卻階段，冷卻集管分段布置，低壓系統供水冷卻，該系統可控制固溶退火后碳化物析出的高合金鋼，對裂紋敏感的工具鋼也有一定的控制作用。每一分區最多配置八對帶噴嘴的冷卻集管，低壓范圍內的水壓為2bar。按照工廠配置，每個分區供水量可高達7300m3/h。

　　在部分分區中，可采用獨立的冷卻水回路，在高水量高壓力作用下，根據需要并按照客戶要求的配置控制冷卻集管，該冷卻模式對延展性好的耐磨鋼以及高強度、超高強度結構鋼尤為有效。依照原材料質量，壓力等級可達5.5bar，在某些情況下甚至可以達到8bar。因此，在高壓分區內，供水量可高達5800m3/h。同時，還可以隨時將高壓供水分區切換到低壓供水下運行。

　　如果表面硬度需滿足極限值要求，也可以在淬火入口段安裝開槽噴嘴(水幕噴頭)，盡可能提高冷卻速率。特殊熱處理鋼采用高冷卻速率，以便提高耐磨性和低溫狀態下的延展性。將開槽噴嘴與高壓段的水回路耦合，在特短時間段內冷卻水量即可達到2200m3/h，從而實現效率高均勻性好的冷卻過程。

　　處理裂紋敏感性工具鋼時，可以給MultiFlex-Quench系統配備一套獨立的冷卻系統，以便處理水量要求最低以及敏感性高的冷卻過程。通過這項綜合冷卻模型，系統能夠精準地執行所要求的冷卻速率和冷卻模式，從而大大縮短無風狀態下或壓縮空氣中冷卻原材料所需的平均冷卻時間，確保實現1.3K/s的冷卻速度，并進行精準設定，采用自動化系統決定冷卻水需求量，并確認其為二級冷卻方式。

　　所有冷卻集管均能執行大面積的冷卻過程，并且噴嘴配置得當合理、冷卻集管結構優美完善，從而使MultiFlex-Quench技術為中厚板熱處理生產線提供了更加靈活、均勻、高效的冷卻技術。

3機械設備

　　通過使用帶導輥的主動液壓夾緊裝置，保證了所生產的鋼板具有最好的平整度，尤其是薄板的平整度。采用多對工作輥引導并夾緊鋼板，成對或者單獨驅動工作輥，每個分段均采用四缸驅動，壓力可達100t。液壓夾緊控制裝置由位置和夾緊力兩部分控制系統組成，人機界面(HMI)上顯示位置和當前夾緊力。

　　如果超過最大夾緊力設定值時，啟動安全功能，自動打開夾緊輥，防止對機械設備造成損壞。例如，在冷卻過程中，板材的超應力可能引起超限現象，因此，可以通過液壓夾緊力確定淬火變形時間，之后，將資料信息傳至二級系統。

4快速自適應冷卻速度型轉換分段

　　MultiFlex-Quench系統在入口段設一對幕簾，可在短時間內實現快速冷卻，入口段之后有四個分段，每個分段設有6-8對冷卻集管，見圖2。

　　MultiFlex-Quench系統第一分段的設計結構能在高低壓兩種情況下運行，根據各自的產品組合要求，還可以在淬火中設計更多可轉換的分段。另外，每個冷卻集管都配置了低冷卻速率條件下可立即啟動的噴嘴。

5在線模型

　　該技術的核心是復雜的在線熱基冷卻過程模型，模型涵蓋范圍很廣，可以以目標值的方式設定中厚板不同的機械性能組合。采用成熟的二級物理在線模型，如SMS冷卻模型，確保其能精準控制工藝過程。工廠控制的關鍵目標變量是機械性能(或微觀結構)、能源效率和鋼板平整度。此外，該模型能最大限度地減少合金元素使用，并具有縮短處理時間、提高產量、實現綠色生產過程等優勢。

　　采用數學模型對模擬量進行高動態熱處理，并相互結合，形成一套完整的處理方法。計算對原料性能起決定性作用的冷卻速率時，采用SMS原料數據庫，該庫是所有SMS工藝模型的基礎，根據不同鋼種的化學成分和溫度，推算各自鋼種的主要物理和機械性能。采用完整的SMS冷卻模型確定冷卻模式和冷卻終止溫度。

6過程開發

　　如果使用MultiFlex-Quench系統生產新型高質量板材，SMS集團可協助用戶確定熱處理過程中理想的作業參數，并將其集成到自動化系統中以便優化工藝參數。基于該技術，能夠更精確地設定熱處理工藝可以實現的機械性能，減少合金化元素的使用，縮短加工時間，增加產量，從而有助于環境保護。

7運行效果

　　通過MultiFlex-Quench系統的運行結果表明，無論厚度范圍和冷卻方式如何，板材平整度結果均滿足各自的要求。在淬火但還未到冷態情況下，如果要求的最小偏差小于8mm/m，10mm以上厚度鋼板的測量結果均在公差范圍內。如果冷卻方式適當可行，那么低于8mm厚度的淬火鋼板的平整度公差就非常小。

7.1斯洛文尼亞Acroni廠生產的第一批中厚板

　　2018年6月，斯洛文尼亞葉塞尼采市Acroni廠采用MultiFlex-Quench系統生產了第一批中厚板，比原計劃提前兩天，生產出的鋼板平整度非常好，該廠采用的兩座高效輥底熱處理爐是新建中厚板熱處理生產線的關鍵設備。

　　該生產線配置高溫輥底爐進行淬火和正火處理，爐子由兩個熱處理室組成，其中鋼板在氮基惰性氣體氣氛中進行退火，射流管將原料間接加熱到1100℃。該生產線也設有一座新型低溫再加熱爐，是一種開爐式輥底爐，將鋼板溫度控制在400-800℃范圍內進行淬火和回火作業。

　　工廠設計的鋼板厚度范圍為3-100mm，寬度最大2500mm，產品大綱包括高碳鋼、不銹鋼、工具鋼以及多種特殊鋼種。

　　Acroni成功地將針對各種冷卻方案的目標設定選項集成到MultiFlex-Quench系統中，包括基于模型的、針對裂紋敏感鋼的交錯冷卻模式。因此，敏感鋼的處理時間可以通過下列方式實現：有針對性地中斷強制冷卻、盡量減少內部應力的溫度均衡過程，并通過一些處理方式實現強制冷卻。

7.2薩爾茨吉特對創新技術的投資

　　德國薩爾茨吉特鋼鐵公司的獨資子公司Ilsenburger Grobblech板材廠選擇SMS集團作為新型熱處理生產線的供貨商。

　　該熱處理生產線主要包括一座拋丸機、兩座輥底爐、MultiFlex-Quench冷卻系統、一臺平整機、一套清洗和涂底漆設備、水處理廠。SMS集團也提供生產線電氣自動化系統，并負責原料和工藝模型。供應范圍包括所有配套設施，如鋼板運輸系統、冷床、鋼板上料和對中裝置等。這套節能型熱處理線滿足最苛刻的質量和平整度要求。MultiFlex-Quench系統的生產產品范圍寬廣，尤其是生產極具挑戰性的鋼種。

　　新熱處理線可對20萬噸/年以上的厚板進行退火和深加工處理，設計規格范圍為5-175mm厚的中厚板，寬度最大3500mm，長度4-24m。原料范圍包括高強度碳鋼、優質耐磨鋼、海上和壓力容器用鋼、以及表面硬化和淬火/回火鋼等。

8結語

　　中厚板的發展對熱處理生產線冷卻工藝提出了新挑戰，因此，SMS集團基于板材冷卻技術方面的豐富經驗開發出了MultiFlex-Quench冷卻系統，該技術可靈活地應用于各種冷卻方式，既有對標準材料和特殊材料的冷卻措施，也有對新開發鋼種的冷卻方案。

　　自從2016年該系統在Acroni板材廠投入使用以來，其運行結果表明，板材質量完全符合高標準高質量要求，特別是平整度和硬度分布方面。此外，也能減少部分鋼板的加工處理時間。