• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    超快速熱處理工藝及先進裝備技術(shù)的應用進展

    2021-08-16 05:44:38
    工業(yè)爐 2021年3期
    關(guān)鍵詞:高強熱處理速率

    石 祥

    (中冶南方(武漢)熱工有限公司,湖北 武漢 430223)

    隨著國家“新基建”戰(zhàn)略的高速推進,高品質(zhì)特殊鋼需求快速提升,在汽車及機械領(lǐng)域大量使用的先進高強鋼(AHSS),其強度已達到或超過1 500 MPa,正在向著高成型性和超高強度的第三代高強鋼(如Q&P鋼)發(fā)展[1]。新能源汽車、特高壓領(lǐng)域所需的高品質(zhì)硅鋼,對鐵損、磁感、輕量化等綜合指標要求不斷提升。為了適應先進鋼種的生產(chǎn)需求,熱處理工藝及裝備技術(shù)發(fā)展動力強勁。

    1 超快速熱處理工藝

    1.1 超快速熱處理工藝的概念

    超快速熱處理工藝指快速加熱、短時保溫然后快速冷卻的熱處理工藝,其加熱速率和冷卻速率達幾百到幾千℃/s(見表1),能夠使帶鋼在短至幾秒內(nèi)完成退火過程。超快速熱處理的一個重要優(yōu)勢是可以通過高的加熱及冷卻速率,獲得更加理想的材料微觀結(jié)構(gòu)和相變動力學,從而使材料機械性能更佳。

    表1 退火方式參數(shù)對比

    1.2 超快速熱處理工藝的優(yōu)勢

    超快速熱處理工藝不僅可以大幅度縮短連續(xù)熱處理機組長度、降低投資及生產(chǎn)成本,更重要的是為開發(fā)具有優(yōu)異組織性能的新材料提供了途徑。

    (1)超快速退火工藝可以提高冷軋板強度和延伸率,也為新型高強鋼的開發(fā)提供技術(shù)手段。

    東北大學RAL研究發(fā)現(xiàn),以加熱速率為300℃/s對超低碳IF鋼快速退火,與20℃/s相比較,晶粒尺寸由傳統(tǒng)工藝下的(13.0±0.5)μm細化到(10.0±0.5)μm,晶粒細化可達30%。

    此外,以80℃/s加熱低碳含磷系TRIP鋼、460℃過時效溫度下,新開發(fā)高強鋼種抗拉強度達到1 450 MPa,斷后伸長率為18.5%,強塑積26 825 MPa·%,達到甚至超過了高碳高合金化的淬火再配分鋼(Q&P),其合金成本、成形及焊接性能具有明顯的優(yōu)勢[2]。

    這一試驗結(jié)果改變了傳統(tǒng)IF鋼通過添加價格昂貴的微合金元素來提高強度的思路,為開發(fā)經(jīng)濟型、減量化的優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板提供新的手段,具有重要的理論和實際應用價值。

    (2)超快速退火可以提高硅鋼磁感強度。

    研究發(fā)現(xiàn),退火過程從室溫以平均120℃/s的加熱速率加熱到700℃,初次再結(jié)晶組織{110}晶粒數(shù)量明顯增加且尺寸減小,在作為二次再結(jié)晶晶核時,有利于取向的改善,從而提高磁感[3]。

    超快速退火下的硅鋼能夠減少貴重合金元素添加,簡化工藝環(huán)節(jié),促進理想組織和織構(gòu)的形成,進一步降低鐵損和提高磁感。例如,實驗室條件下可使中低牌號無取向硅鋼磁感值提高約0.02~0.04 T,也就是采用常規(guī)成分設(shè)計和冶煉的要求達到了高效電機用鋼的磁性能要求,具有較高的經(jīng)濟和社會效益。

    2 超快速熱處理裝備技術(shù)

    超快速加熱及冷卻裝備技術(shù)將對新一代連續(xù)熱處理機組的設(shè)計和新型高強鋼、高品質(zhì)硅鋼等特殊鋼種的生產(chǎn)產(chǎn)生革命性影響。近年來,法孚集團(fives)-STEIN、西馬克-DREVER、ANRITZ-Selas和中冶南方等公司,陸續(xù)在新一代超快速退火(Ultra Rapid Annealing,URA)裝備技術(shù)方面取得突破。

    2.1 快速加熱裝備技術(shù)

    2.1.1 薄板感應加熱技術(shù)(美國INDUCTOTHERM、中冶南方)

    (1)感應加熱工作原理

    在金屬工件外的線圈通某一頻率的交流電流時,就會產(chǎn)生相同頻率的交變磁通,交變磁通又在金屬工件中產(chǎn)生感應電勢,從而產(chǎn)生感應電流,產(chǎn)生熱量,實現(xiàn)對工件的加熱。感應加熱根據(jù)頻率可分為:工頻(300~1 000 Hz)、中頻(1~20 kHz)、超音頻(20~40 kHz)、高頻(40~200 kHz)。

    感應加熱技術(shù)分為橫磁方式和縱磁方式兩種技術(shù)(見圖1)。

    圖1 感應加熱橫磁及縱磁原理示意圖

    縱磁方式其磁通方向平行于鋼板,而渦流方向垂直于鋼板。橫磁感應加熱裝置包括對稱放置在金屬帶材兩側(cè)的兩組線圈,線圈中同相的交變電流產(chǎn)生垂直于工件表面的交變磁通(橫向磁通),感應出的渦流平行于板材表面[4]。

    (2)感應加熱技術(shù)優(yōu)勢

    ①擁有比傳統(tǒng)加熱技術(shù)快10倍的加熱速率(可達100~800℃/s);

    ②感應電流直接作用被加熱金屬,沒有燃氣加熱或電輻射加熱過程對流和傳導過程熱損失,帶鋼用感應器的電效率為75%~85%;

    ③帶鋼溫度控制精度高(可達±5℃),溫度均勻性小于±3%;

    ④不產(chǎn)生燃燒煙氣,無污染物排放,不影響爐內(nèi)氣氛,可以實現(xiàn)清潔加熱;

    ⑤更重要的是,感應裝備技術(shù)為開發(fā)具有優(yōu)異組織性能的新材料提供了技術(shù)支撐,比如第三代超高強鋼Q&P鋼的生產(chǎn)、汽車板鋅層合金化(GA)、HI-B取向硅鋼的生產(chǎn)等都需通過感應加熱技術(shù)獲得優(yōu)良的綜合性能。

    2.1.2 直接電阻加熱技術(shù)

    直接電阻加熱技術(shù)可實現(xiàn)很高的加熱速率和能力,如東北大學駱宗安等[5]的研究使金屬加熱速率達到5 000℃/s。但該技術(shù)如應用在連續(xù)運行的鋼帶加熱時,鋼帶和電極輥之間易產(chǎn)生電火花,不適合H2等還原性氣氛工況。

    2.1.3 直燃加熱技術(shù)(ANDRITZ-SELAS)

    近年來由于無氧化直接燃燒及控制技術(shù)的發(fā)展,加上熱慣性小、加熱速率比輻射管爐快、熱效率高等因素,直燃爐重新得到重視。特別是部分高強鋼冷軋板的生產(chǎn),通過直燃爐可以實現(xiàn)預氧化-再還原工藝,提高帶鋼表面質(zhì)量、減少涂鍍?nèi)毕荨?/p>

    (1)預氧化-直燃技術(shù)原理

    在高強鋼退火過程中,為了避免合金元素氧化引起涂鍍?nèi)毕?,通過空燃比控制直燃爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣、CO含量,實現(xiàn)Si、Mn、Al預氧化(也叫內(nèi)氧化),再通過退火爐高溫段氣氛控制(H2)將其還原,使還原鐵基將合金元素“包裹”,消除合金元素對涂鍍的影響。具體反應過程如下:

    式中,MeO為金屬氧化物。

    (2)預氧化-直燃技術(shù)優(yōu)勢

    ①直燃加熱方式熱效率高,爐子長度較輻射管間接加熱方式大幅減少,一次投資少,而且生產(chǎn)能耗低;

    ②加熱速率快,可達50℃/s(1 mm厚帶鋼),快速加熱使晶粒更加細化,產(chǎn)品機械性能更好,特別適合低合金高強鋼生產(chǎn);

    ③燒嘴垂直帶鋼均勻布置,靈活分區(qū)布置,可根據(jù)帶鋼寬度適時關(guān)閉邊部燒嘴,帶鋼溫度均勻性好,而且燒嘴火焰成圓盤形緊貼爐墻,火焰不接觸帶鋼從而保證其表面清潔(見圖2);

    圖2 直燃爐輻射杯燒嘴結(jié)構(gòu)及燒嘴布置示意圖

    ④通過精確的空燃比控制調(diào)整爐內(nèi)氣氛,滿足高強鋼預氧化工藝要求,省去了輻射管間接加熱方式單獨配置的爐內(nèi)氣氛控制系統(tǒng),該型直燃爐是燃燒技術(shù)與氣氛控制技術(shù)的綜合應用。

    2.2 超快速冷卻典型裝備技術(shù)

    現(xiàn)代高強鋼(DP雙相鋼、TRIP鋼、MART馬氏體鋼等)的生產(chǎn)有兩種途徑,一種是添加合金元素方式,另一種是通過超快速冷卻方式(見圖3)。生產(chǎn)和實驗結(jié)果表明,通過提高冷卻速率,在添加少量合金元素的情況下就可以生產(chǎn)出雙相鋼、馬氏體鋼等相變高強鋼,不僅節(jié)約生產(chǎn)成本,而且還可以提高鋼板的焊接性能[6]。

    圖3 典型高強鋼退火工藝冷卻曲線及金相組織圖

    2.2.1 輥冷技術(shù)RQ(日本NKK)

    輥冷技術(shù)是指高溫帶鋼直接接觸水冷輥,通過熱傳導冷卻高溫帶鋼,通過帶鋼與水冷輥的包角調(diào)節(jié)冷卻速率(見圖4)。

    圖4 典型的輥冷系統(tǒng)原理示意圖

    (1)輥冷技術(shù)優(yōu)勢及特點[5]

    ①冷卻速率高,可以達到200~400℃/s;

    ②較水淬或噴霧冷卻,同檔次大冷卻速率下可以避免與氧化物(H2O)接觸,無需后續(xù)酸洗處理。

    (2)存在不足

    ①帶鋼寬度方向冷卻均勻性難以控制,容易產(chǎn)生板型缺陷;

    ②帶鋼因冷卻過程收縮導致與水冷輥接觸部分產(chǎn)生相對滑動,對帶鋼表面質(zhì)量及水冷輥壽命產(chǎn)生影響。

    因此,輥冷技術(shù)一般與氣冷技術(shù)在同一機組混合使用。

    2.2.2 氣霧冷卻技術(shù)(中冶南方、Fives Stein)

    氣-霧冷卻技術(shù)是一項借助壓縮空氣(或氮氣,F(xiàn)ives Stein)的輔助與特殊的霧化結(jié)構(gòu)設(shè)計,讓水霧化成極微小的液滴,噴淋到高溫帶鋼表面,通過氣體或者液體的流動帶走熱量的技術(shù)(見圖5)。為了適用鍍鋅工藝,中冶南方公司還在霧化結(jié)構(gòu)后增設(shè)一套帶高壓靜電的電極網(wǎng),使噴出的霧滴帶靜電,為鋅層合金化過程的凝固提供大量凝結(jié)核,從而提高冷卻速率、改善鍍鋅層表面質(zhì)量。

    圖5 氣霧冷卻原理示意圖

    (1)氣霧冷卻技術(shù)優(yōu)點

    ①冷卻能力大、冷卻速率調(diào)節(jié)范圍較大,可達50~400℃/s;

    ②與輥冷及水淬冷卻方式相比,有較準確的溫度控制能力;

    ③與噴氣冷卻方式相比,帶鋼穩(wěn)定性好,不需要設(shè)置張力輥、穩(wěn)定輥。

    (2)存在不足

    因水霧與帶鋼高溫氧化,后續(xù)必須進行酸洗處理,機組需專門配置酸洗設(shè)備。

    2.2.3 高速噴射冷卻技術(shù)BlowstabⅡ(比利時CMI)

    BlowstabⅡ技術(shù)是一種HNx保護氣循環(huán)高速噴射冷卻技術(shù),其噴嘴形狀特殊設(shè)計,噴嘴到帶鋼距離可精確調(diào)整(見圖6),以此獲得更高的噴射速度和壓力,大大提高HNx與帶鋼的傳熱系數(shù)及冷卻速率(可達100~150℃/s)。

    圖6 Blowstab風箱結(jié)構(gòu)示意圖

    2.2.4 超高氫冷卻技術(shù)AERIS(法國Fives Stein)

    AERIS技術(shù)是在特殊設(shè)計的風箱及噴嘴基礎(chǔ)上,提高循環(huán)氣體HNx中H2的含量至90%,因H2導熱系數(shù)是N2的7倍,故此方式較常規(guī)5%~15% H2含量下的噴氣冷卻,其冷卻速率大幅提高,可達200℃/s(1 mm厚帶鋼)。

    2.2.5 高氫窄縫噴射冷卻技術(shù)(中冶南方)

    該技術(shù)通過特殊設(shè)計的窄縫式噴嘴,使噴射到帶鋼的氣流穩(wěn)定并且吸熱后的氣流快速離開帶鋼表面,而且通過密封裝置將冷卻段H2含量提高到25%(其它爐段5%,見圖7),進一步提高對流傳熱系數(shù),冷卻速率可達120℃/s(1 mm厚帶鋼),可生產(chǎn)DP980、TRIP980高強鋼。同時設(shè)計有邊部控制裝置,帶鋼溫度橫向均勻。

    圖7 H2含量分布圖

    2.2.6 戊烷超干冷卻技術(shù)(比利時CMI)

    超干冷卻工作原理是向帶鋼噴射液態(tài)中性介質(zhì)(C5H12),該介質(zhì)在36℃時發(fā)生相變(汽化潛熱為343 kJ/kg),相變過程吸收大量熱,之后被吸入蒸汽壓縮機和液體泵增壓液化,以此循環(huán)達到冷卻帶鋼的目的[7](見圖8)。

    圖8 戊烷介質(zhì)冷卻流程示意圖

    優(yōu)點:

    (1)冷卻速率高達200~600℃/s(1 mm厚帶鋼),可獲得較單一的馬氏體組織,生產(chǎn)1 000 MPa以上的高強鋼;

    (2)設(shè)備緊湊僅占常規(guī)設(shè)備1/3的空間;

    (3)氣體流速低,設(shè)備功率小(電力消耗為常規(guī)設(shè)備1/10);

    (4)整個過程干燥冷卻,不需要酸洗、烘干等設(shè)備。

    綜上,冷卻裝備技術(shù)是帶鋼熱處理性能實現(xiàn)的關(guān)鍵之一,因此各熱處理技術(shù)供應商均對冷卻裝備技術(shù)的開發(fā)高度重視。若干代表性先進技術(shù)對比見表2。

    表2 幾種代表性冷卻技術(shù)對比

    3 智能化技術(shù)

    智能化技術(shù)“三大法寶”包括:自我感知(先進傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng))、智能分析與決策(云計算、智能控制)、自學習和自適應(大數(shù)據(jù)預測、診斷和優(yōu)化)。

    西馬克研發(fā)的I-Furnace模型是智能化工業(yè)爐的工藝和生產(chǎn)優(yōu)化模型。它集成了在線機械性能(強度)測量系統(tǒng)、生產(chǎn)優(yōu)化數(shù)學/物理模型和其研發(fā)的退火結(jié)構(gòu)模型(材料性能預測)三個系統(tǒng),在一定程度上實現(xiàn)了工業(yè)爐整體智能化。該模型可以實現(xiàn)整卷材料性能的均勻化,并根據(jù)退火和冷卻溫度及處理曲線對產(chǎn)品的材料性能(如抗拉強度)進行預測;還可以使爐溫更精確地控制在滿足工藝要求下限,從而節(jié)約能耗;并通過合理的生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)過渡,使產(chǎn)能增加15%[8]。

    4 結(jié)語及展望

    為了響應國家“新基建”戰(zhàn)略推進所需的大量先進高強鋼、高品質(zhì)硅鋼等生產(chǎn)需求,工業(yè)爐的設(shè)計及技術(shù)開發(fā)應該準確定位,在如下幾方面加快發(fā)展步伐:

    (1)大力發(fā)展推廣感應加熱技術(shù)、直燃爐技術(shù)等快速加熱技術(shù),同時在傳統(tǒng)間接加熱技術(shù)領(lǐng)域進一步深耕細作,發(fā)展薄壁輻射管(P型、雙P型)技術(shù)、自蓄熱燒嘴技術(shù);

    (2)進一步開發(fā)超快速冷卻技術(shù),在噴嘴結(jié)構(gòu)方面進一步優(yōu)化,提高噴射速率、穩(wěn)定性、對流傳熱系數(shù);同時探索開發(fā)新型冷卻介質(zhì)(如戊烷)的冷卻技術(shù);

    (3)加強爐內(nèi)氣氛控制模型方面的綜合技術(shù)開發(fā),實現(xiàn)H2、H2O等各種氣氛比例的精確控制和安全管理;

    (4)“智能化”概念成為各行業(yè)熱點,熱工領(lǐng)域的智能化技術(shù)發(fā)展方向應該立足專業(yè)本身,定位在熱工模型決策系統(tǒng)和優(yōu)化控制系統(tǒng)兩個層級以及加熱(燃燒)、冷卻、氣氛控制三個方面的自我開發(fā)。

    綜上,通過多種專業(yè)技術(shù)裝備的開發(fā)和綜合應用,提高用戶產(chǎn)品的品質(zhì)及生產(chǎn)率,同時注重節(jié)能減排、環(huán)境友好,進而實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

    猜你喜歡
    高強熱處理速率
    高強
    文史月刊(2023年10期)2023-11-22 07:57:14
    民用飛機零件的熱處理制造符合性檢查
    “化學反應的速率與限度”知識與能力提升
    Cr12MoV導桿熱處理開裂分析
    模具制造(2019年10期)2020-01-06 09:13:08
    看誰法力更高強
    童話世界(2018年8期)2018-05-19 01:59:17
    速度和速率有什么不同
    J75鋼焊后熱處理工藝
    焊接(2016年2期)2016-02-27 13:01:20
    高精度免熱處理45鋼的開發(fā)
    山東冶金(2015年5期)2015-12-10 03:27:41
    不同冷卻速率下低壓轉(zhuǎn)子鋼30Cr2Ni4MoV的凝固組織
    上海金屬(2014年5期)2014-12-20 07:58:39
    鋼纖維高強混凝土墻基于CONWEP的爆炸響應
    玉树县| 余庆县| 巴彦淖尔市| 景谷| 尚义县| 罗城| 莒南县| 舒兰市| 泗阳县| 天柱县| 荃湾区| 黑山县| 海伦市| 综艺| 合江县| 铜梁县| 黄冈市| 津南区| 孟州市| 普兰县| 化德县| 德惠市| 海口市| 离岛区| 宁强县| 新兴县| 湖口县| 长阳| 舟山市| 清水河县| 赞皇县| 华坪县| 当阳市| 仁怀市| 灵山县| 于都县| 白沙| 淮南市| 米易县| 富顺县| 武城县|