2009年,我国宽厚板生产企业在金融危机、市场竞争、环境保护、资源短缺等多重压力下开始进行战略转型，重点完善了生产工艺流程，尤其是热处理环节，旨在进一步提升工艺装备技术水平，进而提高产品质量和增强市场竞争力，生产出以高强度钢为代表的高附加值产品。
激烈市场竞争催生装备新热点
仅仅几年时间，我国宽厚板由供不应求走向了产能大量过剩，且产品效益不断下滑。据相关协会统计，截至今年12月，全国在建和建成投产的2800mm以上四辊单机架、双机架中厚板轧机42台，产能超过7000万吨。经过了产能的迅速膨胀和市场的洗礼，今年宽厚板生产企业的重点放在了技术改造方面，特别是热处理工艺的完善。他们更加注重技术创新和工艺要点的精确控制，力求以更低成本生产高附加值产品。同时，积极利用企业良好的市场信誉来巩固市场，而不是盲目地扩张产能。
从技术角度来看，研究开发1000MPa以上性能稳定的低合金高强韧钢、超高强韧钢符合节能减排要求。所以，大力发展高强韧钢，实现器件轻量化，减少钢铁产量，是我国实现可持续发展、逐步由钢铁大国转变为钢铁强国的重要一环。其中，低成本可焊接高强韧钢生产成为关注焦点。
低合金高强韧钢生产以少加合金元素为前提，以多相组织控制为核心，以热处理工艺和装备为重要实现手段。目前，通过各种热处理，我国汽车用钢强度高达1500MPa；工程机械用钢强度超过1000MPa，最高达到了1900MPa；深潜舰艇用钢屈服强度达到1200MPa以上；建筑、桥梁结构用钢屈服强度超过700MPa；管线用钢达到X120级。在宽厚板高强韧钢的规模生产过程中，淬火冷却是必不可少的低成本生产工艺之一。
冷却“瓶颈”制约轧材质量提高
目前广为使用的管层流和水幕冷却装置，是使冷却水在高位水箱产生的压力作用下流出，形成连续水流。这种水流连续、稳定地落到轧件上以后，动量转化为冲击力，击破轧件与冷却水之间的汽膜，可提高冷却效率。但无论是管层流还是水幕，其击破汽膜的范围都是很有限的，仅限于在连续水流正下方的局部区域内，离开这个区域，在轧件和冷却水之间的界面上仍有大面积汽膜存在。无论层流冷却、水幕冷却，还是超快速冷却方法都存在轧件上面和下面冷却强度、均匀性不一致的问题。因为在轧件的上表面，无论喷射冷却还是层流冷却，都会在表面形成一定厚度的积水，这层积水在轧件表面处于高温状态时会产生影响冷却速度的汽膜。而钢材下表面只能依靠喷射的方式实现冷却，这种喷射冷却方式是以点阵形式排列，所以冷却均匀性和强度很难与上表面达到一致，尤其是形状复杂的轧件。
水-空交替控时淬火冷却技术装备主要通过注水系统将在线穿水冷却设备外槽中的水抽出并注入内槽，使内槽水位高于辊道上表面。当内槽水位高于槽上的进料口和出料口时，水由进料口和出料口溢流出内槽，被冷却件在辊道的驱动下由进料口进入内槽，并在水中穿过，最后由出料口传送出内槽，完成穿水冷却过程。与现有技术装备相比，其可实现被冷却件的均匀冷却，冷却件上、下部冷却强度基本相同，且设备结构简单、投资少，可通过在穿水冷却区域设置搅拌或喷液的方法达到超快冷却目的。
水-空交替控时淬火冷却作为具有发展潜力和推广价值的新型技术装备，目前已经成功处理718、P20塑料模具钢，42CrMo4船用曲轴，（2～4Cr13、H13、2Cr17Ni2、42CrMo）扁钢，34CrNiMo6风电轴、42CrMo齿圈、H13芯棒等高合金工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素工具钢、合金结构钢、碳素结构钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢等。该技术装备既可应用于离散部件的离线处理，也可应用于轧线在线处理，特别适合于宽厚板、特厚板、H型钢、优质棒材生产线的在线淬火处理。
新型装备实现均匀冷却
水是廉价、环保的淬火介质，它的优点是价格低、无污染、性能稳定；缺点是在低温阶段的冷却速度过快，淬火开裂倾向大。水-空交替控时淬火冷却装备有效解决了上述问题，在水冷加速冷却时，冷却过程从约850℃开始，到500℃至600℃之间结束。加速冷却可使微观组织细化，提高钢板机械性能，这类钢的微观组织主要是细晶粒的铁素体、珠光体，铁素体、贝氏体，或是全贝氏体组织。直接淬火时，钢板须实现快速冷却，冷却温度从900℃左右快冷至低于250℃，直接淬火钢通常为高硬度的贝氏体和（或）马氏体组织，以及多相组织，一般用于机械、耐磨性能要求较高的结构件。水-空交替控时淬火冷却工艺装备用于生产高强韧钢，投资和应用成本都较低。
通过对实测材料的TTT曲线和物理性能参数等材料基础数据分析，并测量介质的换热系数，进行物理模拟，然后确定冷却工艺；同时，综合对材料成分变化的影响、淬火边界条件变化的影响、几何尺寸变化的影响，以及其他因素的影响等工艺宽容度进行评估，有关单位设计制造了水-空交替控时淬火冷却生产线。采用水-空交替控时淬火冷却技术装备对厚度500mm、700mm的718塑料模具钢处理后，通过截面硬度分布统计，硬度均匀性达到±1HRC。 与层流技术相比，该冷却装备结构大大简化，造价约减少50%。通过喷水的方式注水，依靠注入水的冲刷力将钢板表面蒸汽膜冲刷掉，彻底解决了钢板表面因存在蒸汽膜而影响冷却能力的问题。钢板上下表面可以获得近似均匀一致的冷却效果，该技术装备不但适用于钢板，也适用于异性材料的轧后淬火冷却。另外，该技术装备还成功解决了以下关键技术问题：钢板表面水的吹扫（机械吹扫和压缩空气吹扫组合），辊道密封（平面密封技术），穿水淬火液面稳定性，简单有效提高水冷却强度（超快速冷却）。
随着汽车、工程机械、桥梁、船舶以及各种结构轻量化、安全节能、环保、资源节约要求的不断提高，宽厚板生产高强韧钢已成为必然趋势，水-空交替控时淬火冷却技术装备解决了其他冷却方法产品力学性能低、水冷开裂等问题，在工艺上解决了辊道水封问题，提供了简单有效的低成本快冷方法，为宽（特）厚板、H型钢、优质棒材以及离散大型锻件生产提供了新型装备，为组织控制提供了精确控制方法，从而为高强韧钢的开发创造了条件。
(来源：中国钢铁新闻网)
