日本JFE公司開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的中厚板制造技術(shù)介紹

1、日本JFE公司開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的中厚板制造技術(shù)介紹 【保護(hù)視力色】 【打印】【進(jìn)入論壇】【評(píng)論】 【字號(hào) 大 中 小】2006-12-18 10-12    中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng) 盡管最近幾年對(duì)中厚鋼板性能的要求不同在某種程度上主要取決于應(yīng)用領(lǐng)域的差異，但對(duì)性能的要求是越來(lái)越高。具體來(lái)說(shuō)，性能要求涉及許多方面，它包括高強(qiáng)度、焊接性能的改進(jìn)等。     為了滿足這些要求，精確的材料設(shè)計(jì)技術(shù)和先進(jìn)的制造技術(shù)是問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。     基于這種情況，日本JFE鋼鐵公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)采用水淬火的熱機(jī)械控制工藝(TMCP)，作為高強(qiáng)度、

2、高韌性，具有優(yōu)良焊接性能鋼板生產(chǎn)技術(shù)的核心技術(shù)。下面簡(jiǎn)單介紹由JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的中厚板制造技術(shù)，包括超級(jí)-OLAC技術(shù)，一種新的中厚板加速冷卻技術(shù)以及HOP技術(shù)(熱處理在線工藝)，一種加速冷卻后的在線熱處理工藝。同時(shí)，下面還介紹Easyfab鋼板制造技術(shù)，即通過(guò)應(yīng)用具有新功能的冷矯直機(jī)將中厚板中殘余應(yīng)力降至零。     一、新加速冷卻技術(shù)“超級(jí)-OLAC”技術(shù)的開(kāi)發(fā)     與控制軋制技術(shù)一起，加速冷卻技術(shù)是TMCP工藝的核心技術(shù)。JFE鋼鐵公司是世界上首家開(kāi)發(fā)并成功在中厚板生產(chǎn)中應(yīng)用在線加速冷卻技術(shù)的鋼鐵企業(yè)。  

3、   在上世紀(jì)90年代初，采用加速冷卻技術(shù)制造的TMCP鋼實(shí)現(xiàn)了提高鋼板強(qiáng)度、改進(jìn)焊接性能的目的，從而有助于焊接結(jié)構(gòu)建筑用鋼使用的合理化和提高建筑的安全性，并開(kāi)始用于造船業(yè)。然而，最近幾年對(duì)鋼板質(zhì)量的要求日趨嚴(yán)格，如減少?gòu)?qiáng)度下降等。為了滿足新的要求，基于一個(gè)全新的概念，JFE鋼鐵公司進(jìn)行了大量研究以獲得解決與傳統(tǒng)冷卻技術(shù)問(wèn)題相關(guān)的方案，并開(kāi)發(fā)出新一代加速冷卻工藝，稱之為超級(jí)-OLAC工藝，并應(yīng)用于JFE鋼鐵公司西日本鋼廠。     當(dāng)中厚板進(jìn)行水淬火時(shí)出現(xiàn)的熱傳遞和沸騰現(xiàn)象可以大致分為兩種方式，即核胞沸騰和薄膜沸騰。在前一種沸騰中，冷卻水直接與

4、鋼接觸，熱量通過(guò)產(chǎn)生的泡傳遞。相比之下，后一種沸騰中在鋼與冷卻水間形成一個(gè)蒸汽薄膜，熱量是通過(guò)蒸汽薄膜傳遞。核胞沸騰的冷卻能力比薄膜沸騰更高。在中厚板冷卻開(kāi)始時(shí)，中厚板表面溫度較高，薄膜沸騰起主導(dǎo)作用。然而，隨著中厚板表面溫度的下降，蒸汽薄膜變得不穩(wěn)定，冷卻水開(kāi)始局部上直接與中厚板接觸，沸騰逐漸轉(zhuǎn)向核胞沸騰。此外，在瞬時(shí)沸騰狀態(tài)下，當(dāng)薄膜沸騰和核胞沸騰共存時(shí)，隨著冷卻的繼續(xù)，冷卻能力提高。采用傳統(tǒng)冷卻方法，如噴淋冷卻和層流冷卻時(shí)，如果冷卻水流量提高以強(qiáng)化冷卻，冷卻迅速地轉(zhuǎn)換成瞬時(shí)沸騰，是核胞沸騰和薄膜沸騰的混合。因此，冷卻變得不穩(wěn)定，隨著冷卻進(jìn)程的持續(xù)，溫度偏差提高，造成中厚板質(zhì)量不穩(wěn)定。 &

5、#160;   為解決這一問(wèn)題，JFE鋼鐵公司研究了冷卻方法以避免出現(xiàn)瞬時(shí)沸騰現(xiàn)象和在開(kāi)始冷卻時(shí)在中厚板整個(gè)表面同時(shí)出現(xiàn)核胞沸騰?；趯?duì)中厚板上側(cè)冷卻的研究，采取了噴嘴盡可能靠近中厚板，使冷卻水朝一個(gè)方向流動(dòng)的方法，即在中厚板移動(dòng)的方向，而中厚板下側(cè)的冷卻是利用密集排列在水槽中的噴嘴進(jìn)行噴淋冷卻，即帶走水流冷卻中厚板。這種冷卻方法實(shí)現(xiàn)了在中厚板上下兩側(cè)具有高冷卻能力的核胞沸騰。對(duì)于中厚板厚度在30mm或以上的冷卻，這一方法實(shí)現(xiàn)了非常高的冷卻速率，相當(dāng)于冷卻速率的理論極限。     這種冷卻方法比傳統(tǒng)加速冷卻方法快2-5倍。此外，在經(jīng)過(guò)超級(jí)在線加

6、速冷卻處理后，中厚板表面溫度分布非常均勻。     在超級(jí)-加速冷卻設(shè)備投產(chǎn)后的5年，累計(jì)處理了超過(guò)300萬(wàn)噸的中厚板。2003年5月，2號(hào)超級(jí)-加速冷卻設(shè)備在JFE鋼鐵公司西日本鋼廠的中厚板廠投產(chǎn)，其后3號(hào)設(shè)備于2004年7月在JFE鋼鐵公司東日本鋼廠的中厚板廠投產(chǎn)。至此，JFE鋼鐵公司所有3家中厚板廠均配有加速冷卻設(shè)備。     二、新的在線熱處理工藝“HOP”     截至目前，淬火和回火中厚板的熱處理是采用與軋機(jī)分開(kāi)的熱處理設(shè)備進(jìn)行離線處理的。為了提高這種離線熱處理的效率，JFE鋼鐵公司在其西日本

7、鋼廠的福山廠安裝和投產(chǎn)了所謂的HOP熱處理工藝設(shè)備。     JFE鋼鐵公司以前為2m寬的粗軋坯料開(kāi)發(fā)了感應(yīng)加熱設(shè)備，并應(yīng)用于熱軋機(jī)的精軋機(jī)架之前。然而，為了加熱寬度高達(dá)4.52m中厚板，必須開(kāi)發(fā)一個(gè)大規(guī)模的新感應(yīng)加熱設(shè)備。由新開(kāi)發(fā)的多套高頻電源組成的裝置同步運(yùn)行，該技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)突破，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中厚板的感應(yīng)加熱，是世界首次。     新開(kāi)發(fā)的HOP是一種感應(yīng)加熱方法，該方法是利用電磁線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流穿過(guò)中厚板產(chǎn)生的熱來(lái)進(jìn)行加熱的。從加熱效率和設(shè)備簡(jiǎn)化的觀點(diǎn)看，可以采用螺旋管式電磁線圈。雖然是在中厚板內(nèi)部產(chǎn)生熱，但產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)

8、控制輸入的功率進(jìn)行嚴(yán)格控制。由感應(yīng)加熱產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換成熱通量相當(dāng)于煤氣加熱時(shí)的熱通量值為105-107W/m2，而這一數(shù)值大概比煤氣加熱高100倍，因此可以實(shí)現(xiàn)極大能量密度的加熱。     HOP設(shè)備緊接在熱矯直機(jī)后，采用這種布置可以通過(guò)有效地利用中厚板經(jīng)過(guò)超級(jí)-在線加速冷卻后的顯熱來(lái)提高加熱效率。因此，HOP被設(shè)計(jì)成一個(gè)綜合性加熱工藝設(shè)備，且其帶有安裝更靠近熱矯直機(jī)的感應(yīng)器。     HOP工藝設(shè)備具有下列兩個(gè)特點(diǎn)：     (1)對(duì)軋制而言，完全實(shí)現(xiàn)了同步在線熱處理軋制-加速冷卻-熱處理整套在線工藝的建

9、立可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，使其可以滿足極短的交貨時(shí)間表。     (2)可以對(duì)新的中厚板的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制HOP與超級(jí)-在線加速冷卻裝置相結(jié)合使得可以自由控制相變和控制碳、氮的沉淀。     三、多功能中厚板“Easyfab”     特別是在造船、建筑和造橋領(lǐng)域，中厚板在經(jīng)過(guò)剪切成各種形狀和尺寸后被作為組裝件。然而，最近對(duì)其使用方便的要求更加嚴(yán)格。因此，JFE鋼鐵公司生產(chǎn)了一種商業(yè)化中厚板，它具有良好的可加工性。利用超級(jí)-在線加速冷卻的控制冷卻特性，“Easyfab”中厚板就成為具有無(wú)變形剪切、可高效組裝

10、和具有良好加工性的材料，還具有較長(zhǎng)的疲勞壽命。     1.利用超級(jí)-在線加速冷卻工藝設(shè)備控制殘余應(yīng)力技術(shù)     中厚板中的殘余應(yīng)力一般主要是由于在軋制結(jié)束時(shí)中厚板的溫度分布差異造成的。當(dāng)具有一定溫度分布的中厚板被冷卻到室溫時(shí)，由于位置不同，會(huì)出現(xiàn)不均勻的冷收縮。這種不均勻的冷收縮會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。采用傳統(tǒng)的加速冷卻技術(shù)時(shí)，在冷卻停止后立刻顯現(xiàn)的溫度差非常大，從而引起較大的應(yīng)力差，無(wú)論是各中厚板內(nèi)或各塊中厚板之間。因此，在剪切過(guò)程中也存在著變形偏差。當(dāng)采用具有良好冷卻均勻性的加速冷卻技術(shù)，即超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)時(shí)，在冷卻停止后中厚板

11、立即就有均勻的溫度分布，降低了TMCP中厚板的殘余應(yīng)力到與一般軋制的中厚板(無(wú)水冷卻)一樣的水平。     2.帶有新功能的冷矯直機(jī)和超低殘余應(yīng)力中厚板的開(kāi)發(fā)     一般在所謂的矯直過(guò)程中，采用冷矯直機(jī)(C/L)修正中厚板的平直度。通過(guò)利用C/L功能給予中厚板全寬上均勻、較大的應(yīng)變，連同采用超級(jí)-在線加速冷卻的均勻冷卻，可以生產(chǎn)出具有極低殘余應(yīng)力的中厚板。隨著在C/L的彎曲應(yīng)變?cè)黾?，在矯直后的殘余應(yīng)力下降。此外，與傳統(tǒng)加速冷卻的中厚板相比，在C/L之前具有較低殘余應(yīng)力的經(jīng)過(guò)超級(jí)-在線加速冷卻的中厚板，進(jìn)行較小的C/L彎曲應(yīng)變就可以獲

12、得超低殘余應(yīng)力區(qū)域。2003年10月，JFE鋼鐵公司在其西日本鋼廠的中厚板鋼廠對(duì)C/L添加了新的功能，目的是擴(kuò)大矯直能力和可以生產(chǎn)超低殘余應(yīng)力中厚板。     (1)利用液壓動(dòng)態(tài)控制進(jìn)行豎向彎曲補(bǔ)償；     (2)利用楔形控制進(jìn)行水平彎曲補(bǔ)償。     C/L添加的新功能使其可以給予中厚板寬度上有較大、均勻的彎曲應(yīng)變，對(duì)于較寬中厚板，即最大寬度達(dá)到5350mm的中厚板的矯直確立了均勻大壓下矯直技術(shù)。     如上所述，通過(guò)利用具有均勻冷卻能力的超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)，以及采

13、用非常有效的、添加新功能的C/L，可以生產(chǎn)具有極低殘余應(yīng)力的中厚板。     四、利用創(chuàng)新工藝生產(chǎn)的新產(chǎn)品     1. 造船用新鋼板     目前造船業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是建造更大尺寸、承載量更高的船，因此造船業(yè)采用的高強(qiáng)度船板日益增加，并要求在焊接過(guò)程中可以有超大熱能輸入。由于這種要求會(huì)引起焊接熱影響區(qū)組織結(jié)構(gòu)晶粒粗化，因此保證低溫韌性成為一個(gè)問(wèn)題。為了滿足造船的新需求，JFE鋼鐵公司利用具有較高冷卻速率和均勻冷卻能力的超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)，生產(chǎn)出與傳統(tǒng)中厚板有相同碳當(dāng)量(Ceq)的大規(guī)格、高強(qiáng)度中厚板。

14、    2.建筑用鋼板     高強(qiáng)度中厚板可以作為城市中高層建筑物的鋼結(jié)構(gòu)材料。另一方面，從斷裂損壞的觀點(diǎn)看，對(duì)具有低屈服比、高韌性和良好焊接能力的用于建筑鋼結(jié)構(gòu)的高性能鋼材的要求提高。最近，對(duì)用于建筑鋼樁的鋼材，在有較大熱能輸入焊接時(shí)其熱影響區(qū)的低溫韌性要求提高。為了滿足這些要求，JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)出較低屈服點(diǎn)值385N/mm2的鋼材。作為采用帶有超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)的熱機(jī)械控制工藝(TMCP)生產(chǎn)出來(lái)的經(jīng)濟(jì)性、抗震性和焊接性等性能綜合較好的高強(qiáng)度鋼材，它已經(jīng)獲得日本國(guó)土廳、運(yùn)輸省的認(rèn)可。此外，JFE鋼鐵公司還開(kāi)發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)出

15、在較大熱能輸入焊接情況下具有高熱影響區(qū)韌性、抗拉強(qiáng)度從490N/mm2到590N/mm2的中厚板。     3.用于橋梁建設(shè)的鋼板     由于橋梁是社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施中非常重要的組成部分，因此需要高質(zhì)量、先進(jìn)的制作裝配技術(shù)。最近一些年來(lái)，隨著大型構(gòu)建裝配越來(lái)越多以及對(duì)高效裝配要求的提高，具有高強(qiáng)度、高韌性且與焊接性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的高性能鋼板的需求日益提高。為此，JFE鋼鐵公司通過(guò)最大化使用超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)功能和通過(guò)添加合金化元素控制淬透性，開(kāi)發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)了強(qiáng)度和韌性最佳平衡的中厚板。這一技術(shù)也引入了碳含量低至0.02%極低碳貝氏體

16、高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了滿足新標(biāo)準(zhǔn)BHS500(W)和700W鋼的生產(chǎn)。焊接硬化急劇下降，而同時(shí)達(dá)到較高強(qiáng)度。     4.用于建筑機(jī)械和工業(yè)機(jī)械的鋼板     建筑機(jī)械和工業(yè)機(jī)械高強(qiáng)度鋼的代表性品種JFE-HITEN780LE是由JFE鋼鐵公司專門開(kāi)發(fā)的，其目的是降低鋼材的重量，并用于各種機(jī)械零部件。通過(guò)采用超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)和HOP技術(shù)，可以在40的低溫區(qū)域獲得良好的低溫韌性。     在對(duì)耐磨性、彎曲成形性和抗沖擊性有特殊要求的耐磨鋼中，相關(guān)要求越來(lái)越高，JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)出新的耐磨鋼360LE，該

17、鋼在40時(shí)有良好的低溫韌性，同時(shí)具有較高的硬度和延展性。通過(guò)超級(jí)-在線加速冷卻技術(shù)的高速冷卻和均勻冷卻，實(shí)現(xiàn)了這種耐磨鋼的商業(yè)化生產(chǎn)。 上述提及的兩種新開(kāi)發(fā)的鋼都確保Ceq為0.40或更低，因此，與傳統(tǒng)的鋼相比，余熱溫度可以降低25-50。     5.用于壓力容器的高強(qiáng)度鋼板     用于能源業(yè)的各種中厚板，廣泛用于能源存儲(chǔ)設(shè)備、化工設(shè)備和電站設(shè)備。最近幾年，采用的設(shè)備規(guī)格更大，同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)和工作條件更加苛刻，因此對(duì)材料性能的要求更加嚴(yán)格，以達(dá)到較高的焊接效率，目的是降低建造成本。這些要求包括改進(jìn)焊接性能和有較高的可靠性。為了滿足這類要

18、求，JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)了高性能的610N/mm2級(jí)高強(qiáng)度鋼板，通過(guò)使用先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的制造技術(shù)，可以降低余熱溫度和焊接硬度。     用于大規(guī)格儲(chǔ)油槽側(cè)板的鋼板就是通過(guò)高效、大熱量輸入的電焊方法對(duì)610N/mm2級(jí)高強(qiáng)度鋼板焊接而成，而高韌性610N/mm2級(jí)高強(qiáng)度鋼板可在較低溫度使用(50)。預(yù)計(jì)先進(jìn)的中厚板制造技術(shù)可以滿足未來(lái)各種各樣的需求。     6.用于管線的鋼板     通過(guò)降低油氣鉆探成本技術(shù)和長(zhǎng)距離輸送技術(shù)進(jìn)步，使油氣田在北極和深海的開(kāi)發(fā)成為可能，因此未來(lái)趨勢(shì)是長(zhǎng)距離管線輸送油氣，而且液態(tài)能源輸送工具更加多樣化。管線鋼的要求包括有高強(qiáng)度、良好的低溫韌性和焊接性能，此外，由于液態(tài)能源含有H2S，因此管線鋼要求有耐氫誘發(fā)裂紋和硫化物應(yīng)力腐蝕能力。另外，在管線中預(yù)計(jì)