日本JFE公司開發(fā)和應(yīng)用的中厚板制造技術(shù)介紹

1、日本JFE公司開發(fā)和應(yīng)用的中厚板制造技術(shù)介紹 【保護視力色】 【打印】【進入論壇】【評論】 【字號 大 中 小】2006-12-18 10-12    中國鋼鐵新聞網(wǎng) 盡管最近幾年對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，但對性能的要求是越來越高。具體來說，性能要求涉及許多方面，它包括高強度、焊接性能的改進等。     為了滿足這些要求，精確的材料設(shè)計技術(shù)和先進的制造技術(shù)是問題的實質(zhì)。     基于這種情況，日本JFE鋼鐵公司開始開發(fā)采用水淬火的熱機械控制工藝(TMCP)，作為高強度、

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)。下面簡單介紹由JFE鋼鐵公司開發(fā)和應(yīng)用的中厚板制造技術(shù)，包括超級-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，下面還介紹Easyfab鋼板制造技術(shù)，即通過應(yīng)用具有新功能的冷矯直機將中厚板中殘余應(yīng)力降至零。     一、新加速冷卻技術(shù)“超級-OLAC”技術(shù)的開發(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90年代初，采用加速冷卻技術(shù)制造的TMCP鋼實現(xiàn)了提高鋼板強度、改進焊接性能的目的，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，并開始用于造船業(yè)。然而，最近幾年對鋼板質(zhì)量的要求日趨嚴格，如減少強度下降等。為了滿足新的要求，基于一個全新的概念，JFE鋼鐵公司進行了大量研究以獲得解決與傳統(tǒng)冷卻技術(shù)問題相關(guān)的方案，并開發(fā)出新一代加速冷卻工藝，稱之為超級-OLAC工藝，并應(yīng)用于JFE鋼鐵公司西日本鋼廠。     當中厚板進行水淬火時出現(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蒸汽薄膜，熱量是通過蒸汽薄膜傳遞。核胞沸騰的冷卻能力比薄膜沸騰更高。在中厚板冷卻開始時，中厚板表面溫度較高，薄膜沸騰起主導作用。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，在瞬時沸騰狀態(tài)下，當薄膜沸騰和核胞沸騰共存時，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，如果冷卻水流量提高以強化冷卻，冷卻迅速地轉(zhuǎn)換成瞬時沸騰，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;   為解決這一問題，JFE鋼鐵公司研究了冷卻方法以避免出現(xiàn)瞬時沸騰現(xiàn)象和在開始冷卻時在中厚板整個表面同時出現(xiàn)核胞沸騰?；趯χ泻癜迳蟼?cè)冷卻的研究，采取了噴嘴盡可能靠近中厚板，使冷卻水朝一個方向流動的方法，即在中厚板移動的方向，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行噴淋冷卻，即帶走水流冷卻中厚板。這種冷卻方法實現(xiàn)了在中厚板上下兩側(cè)具有高冷卻能力的核胞沸騰。對于中厚板厚度在30mm或以上的冷卻，這一方法實現(xiàn)了非常高的冷卻速率，相當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)過超級在線加

6、速冷卻處理后，中厚板表面溫度分布非常均勻。     在超級-加速冷卻設(shè)備投產(chǎn)后的5年，累計處理了超過300萬噸的中厚板。2003年5月，2號超級-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分開的熱處理設(shè)備進行離線處理的。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寬的粗軋坯料開發(fā)了感應(yīng)加熱設(shè)備，并應(yīng)用于熱軋機的精軋機架之前。然而，為了加熱寬度高達4.52m中厚板，必須開發(fā)一個大規(guī)模的新感應(yīng)加熱設(shè)備。由新開發(fā)的多套高頻電源組成的裝置同步運行，該技術(shù)的應(yīng)用是一個突破，實現(xiàn)了對中厚板的感應(yīng)加熱，是世界首次。     新開發(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)電流穿過中厚板產(chǎn)生的熱來進行加熱的。從加熱效率和設(shè)備簡化的觀點看，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

8、控制輸入的功率進行嚴格控制。由感應(yīng)加熱產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換成熱通量相當于煤氣加熱時的熱通量值為105-107W/m2，而這一數(shù)值大概比煤氣加熱高100倍，因此可以實現(xiàn)極大能量密度的加熱。     HOP設(shè)備緊接在熱矯直機后，采用這種布置可以通過有效地利用中厚板經(jīng)過超級-在線加速冷卻后的顯熱來提高加熱效率。因此，HOP被設(shè)計成一個綜合性加熱工藝設(shè)備，且其帶有安裝更靠近熱矯直機的感應(yīng)器。     HOP工藝設(shè)備具有下列兩個特點：     (1)對軋制而言，完全實現(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、立可以實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，使其可以滿足極短的交貨時間表。     (2)可以對新的中厚板的顯微結(jié)構(gòu)進行控制HOP與超級-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)過剪切成各種形狀和尺寸后被作為組裝件。然而，最近對其使用方便的要求更加嚴格。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-在線加速冷卻的控制冷卻特性，“Easyfab”中厚板就成為具有無變形剪切、可高效組裝

10、和具有良好加工性的材料，還具有較長的疲勞壽命。     1.利用超級-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)束時中厚板的溫度分布差異造成的。當具有一定溫度分布的中厚板被冷卻到室溫時，由于位置不同，會出現(xiàn)不均勻的冷收縮。這種不均勻的冷收縮會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。采用傳統(tǒng)的加速冷卻技術(shù)時，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，無論是各中厚板內(nèi)或各塊中厚板之間。因此，在剪切過程中也存在著變形偏差。當采用具有良好冷卻均勻性的加速冷卻技術(shù)，即超級-在線加速冷卻技術(shù)時，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(無水冷卻)一樣的水平。     2.帶有新功能的冷矯直機和超低殘余應(yīng)力中厚板的開發(fā)     一般在所謂的矯直過程中，采用冷矯直機(C/L)修正中厚板的平直度。通過利用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-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)變增加，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)過超級-在線加速冷卻的中厚板，進行較小的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C/L添加了新的功能，目的是擴大矯直能力和可以生產(chǎn)超低殘余應(yīng)力中厚板。     (1)利用液壓動態(tài)控制進行豎向彎曲補償；     (2)利用楔形控制進行水平彎曲補償。     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，對于較寬中厚板，即最大寬度達到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，通過利用具有均勻冷卻能力的超級-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)采用的高強度船板日益增加，并要求在焊接過程中可以有超大熱能輸入。由于這種要求會引起焊接熱影響區(qū)組織結(jié)構(gòu)晶粒粗化，因此保證低溫韌性成為一個問題。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-在線加速冷卻技術(shù)，生產(chǎn)出與傳統(tǒng)中厚板有相同碳當量(Ceq)的大規(guī)格、高強度中厚板。

14、    2.建筑用鋼板     高強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，從斷裂損壞的觀點看，對具有低屈服比、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，對用于建筑鋼樁的鋼材，在有較大熱能輸入焊接時其熱影響區(qū)的低溫韌性要求提高。為了滿足這些要求，JFE鋼鐵公司開發(fā)出較低屈服點值385N/mm2的鋼材。作為采用帶有超級-在線加速冷卻技術(shù)的熱機械控制工藝(TMCP)生產(chǎn)出來的經(jīng)濟性、抗震性和焊接性等性能綜合較好的高強度鋼材，它已經(jīng)獲得日本國土廳、運輸省的認可。此外，JFE鋼鐵公司還開發(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、先進的制作裝配技術(shù)。最近一些年來，隨著大型構(gòu)建裝配越來越多以及對高效裝配要求的提高，具有高強度、高韌性且與焊接性和經(jīng)濟性相結(jié)合的高性能鋼板的需求日益提高。為此，JFE鋼鐵公司通過最大化使用超級-在線加速冷卻技術(shù)功能和通過添加合金化元素控制淬透性，開發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)了強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、高強度鋼生產(chǎn)，實現(xiàn)了滿足新標準BHS500(W)和700W鋼的生產(chǎn)。焊接硬化急劇下降，而同時達到較高強度。     4.用于建筑機械和工業(yè)機械的鋼板     建筑機械和工業(yè)機械高強度鋼的代表性品種JFE-HITEN780LE是由JFE鋼鐵公司專門開發(fā)的，其目的是降低鋼材的重量，并用于各種機械零部件。通過采用超級-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)要求越來越高，JFE鋼鐵公司開發(fā)出新的耐磨鋼360LE，該

17、鋼在40時有良好的低溫韌性，同時具有較高的硬度和延展性。通過超級-在線加速冷卻技術(shù)的高速冷卻和均勻冷卻，實現(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度鋼板     用于能源業(yè)的各種中厚板，廣泛用于能源存儲設(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，同時運轉(zhuǎn)和工作條件更加苛刻，因此對材料性能的要求更加嚴格，以達到較高的焊接效率，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鋼鐵公司開發(fā)了高性能的610N/mm2級高強度鋼板，通過使用先進的材料設(shè)計和創(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)格儲油槽側(cè)板的鋼板就是通過高效、大熱量輸入的電焊方法對610N/mm2級高強度鋼板焊接而成，而高韌性610N/mm2級高強度鋼板可在較低溫度使用(50)。預(yù)計先進的中厚板制造技術(shù)可以滿足未來各種各樣的需求。     6.用于管線的鋼板     通過降低油氣鉆探成本技術(shù)和長距離輸送技術(shù)進步，使油氣田在北極和深海的開發(fā)成為可能，因此未來趨勢是長距離管線輸送油氣，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