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RALRAL离线热处理工艺、装备和产品开发RAL中厚板辊式淬火机装备及高等级钢板热处理工艺技术开发RAL研究背景：对国民经济建设及国防安全意义重大中厚板：年产量已达7000余万吨；低档产品：饱和、过剩；高等级产品：远不能满足需要、尚需进口;国家重大高端技术装备国家重点工程建设项目大型盾构装备高附加值化学品船大型舰船大型工程机械核电站战略能源储备中厚板竞争实力标志；对国民经济建设及国防安全意义重大.缺乏中厚板热处理关键设备成为生产高端产品的瓶颈！对应的典型品种钢号，用途，国内不能供应RAL研究背景：辊式淬火机装备是国家急需辊式淬火机装备：高等级中厚板开发生产的必要手段，现代化大型中厚板热处理线核心及关键工艺装备;工艺技术含量高、开发难度大—国外少数公司（LOI、Drever）技术垄断;进口辊式淬火机装备辊式淬火机－中厚板淬火生产的首选设备型式国内长期完全依赖进口：价格昂贵、供货调试周期长、捆绑销售;薄规格高强度调质钢板：完全依靠进口－瑞典SSAB；进口薄规格高强板RAL大型中厚板热处理线大型中厚板热处理线立项背景：中厚板热处理难度极大大型中厚钢板淬火/固溶处理特点：尺寸规格大：宽：约2～5m；厚:4mm～120mm；长:6～20m;冷却强度高：900～1200℃快速冷却至室温（20℃）；；板形要求高：≦10mm/m，具备直接交货条件；某特大型重机企业：未开发成功-工艺技术开发难度太大RAL难题1：大型宽厚钢板的高强度均匀化冷却技术——高冷却速度：图——高冷却均匀性：允许温度差：上下，板面，头尾难题2：大型淬火冷却系统的喷嘴结构开发及合理配置——多种冷却介质：水冷、汽雾冷却、气体冷却——多种喷嘴结构开发技术难点大型钢板淬火板形缺陷RAL难题3：中厚板辊式淬火机成套技术装备研制——多个学科专业:涉及金属材料、工艺及机、电、液等——第一台套问题难题4：中厚板淬火工艺控制模型开发难——辊式淬火工艺：核心垄断技术——钢种适应性：不锈钢、碳素钢、特殊钢等——规格适应性：4～120mm,全系列规格产品技术难点RAL辊式淬火机装备开发RAL大型高温钢板高强度均匀化冷却技术高温钢板层流冷却基本原理：高温钢板层流冷却基本原理：冷却效率不高的原因：存在汽膜冷却均匀性不好原因：过渡沸腾、残留水无序流动冷却水流汽膜过渡沸腾RAL有效打破钢板与水之间的汽膜新水直接接触钢板实现核沸腾措施：采用带压力斜喷方式提高换热效率及均匀性通过蒸汽膜冷却钢材与水直接接触传热通过蒸汽膜冷却钢材与水直接接触传热通过蒸汽膜冷却钢材与水直接接触传热倾斜射流钢板残水形成有序壁面射流减少膜态/过渡沸腾状态获得高冷却均匀性RAL大型整体式超宽狭缝高性能喷嘴结构开发淬火机开发研制成败的关键；采用与国外完全不同的技术思路：本项目专利技术：大型整体式超宽狭缝自水冷喷嘴国外技术：分段式喷嘴国外技术：分段式喷嘴本项目专利技术：整体式喷嘴本项目专利技术：整体式喷嘴介质间断点介质间断点RAL大型喷嘴结构有限元数值模拟流场模拟－集管进水方式0246810161718192021222324平均速度m/s集管喷嘴喷嘴出口射流0246810161718192021222324平均速度m/s集管喷嘴喷嘴出口射流模拟计算表明喷管中间进水方式，易于获得较合理的水量分布RAL大型喷嘴结构有限元数值模拟流场模拟－多重阻尼板结构（a）喷嘴的流体速度矢量分布阻尼板多重隔板阻尼可明显改善喷嘴射流速度分布的均匀性RAL喷嘴结构特点解决超宽狭缝式喷嘴加工制造难题，采用整体式结构，进一步提高冷却均匀性自水冷结构：解决现场实际应用中高温辐射、环境恶劣等难题进水系统设置多重阻尼板设计,改善水量横向分布均匀性狭缝式喷嘴射流喷嘴出口射流紊动扩散度小、流量分布合理RAL多种淬火介质冷却系统及配置水冷：用于高强度淬火冷却工艺汽雾：用于不锈钢热处理冷却工艺气冷：用于特殊钢冷却工艺汽雾气冷水冷RAL液压多缸高精度同步控制液压缸数量：14～18缸快速：70～100mm/s同步控制误差：≤3～5%设备宽度：4,500mm;设备长度：25,000mm辊式淬火机液压提升系统RAL辊式淬火机成套技术装备3200mm辊式淬火机3800mm辊式淬火机2800mm辊式淬火机3200mm辊式淬火机3500mm辊式淬火机2300mm辊式淬火机开发的辊式淬火机成为我国中厚板大型热处理线的主流装备RAL辊式淬火机工艺技术开发与应用RAL中厚钢板高平直度淬火工艺技术国内首次自主开发成功：4～120mm全系列厚度；4～10mm薄规格板材淬火工艺：优于国外进口先进设备；板形平直度良好，达到或优于国外先进设备水平中厚板淬火工艺生产实物RAL温度均匀性控制钢板淬火过程温度场模拟：板材温度均匀性控制获得良好效果01020304050607080901001101201300100200300400500600700800900温度/℃冷却时间/sh=3000h=4000h=5000h=7000h=10000h=15000h=20000现场实测温度均匀性指标：•轧件头尾温差：10℃•宽度方向温差：15℃•上下表面温差：10℃钢板宽度方向：流量凸度控制技术钢板厚度方向：对称性冷却控制技术钢板长度方向：各淬火段冷却速率优化分配及控制技术RAL平直度控制控制难点：宽、薄等极限规格平直度问题常见板形缺陷：与冷却均匀性相关淬火机设备结构和功能设计充分考虑平直度要求钢板淬火过程应力场模拟：中厚钢板淬火平直度控制难题得到彻底解决！等效应力云图等效应变云图RAL4～10mm薄规格板材淬火工艺薄规格板材平直度：领先国外进口先进设备生产的实物水平！RAL高端中厚板品种热处理工艺控制模型多介质工艺模型：水冷、汽雾两相耦合、风冷；组织性能预测：中厚板产品淬火/固溶处理；工艺自动化：满足中厚板大型热处理线工艺生产需要RAL金相组织及性能304L-100X厚度60mm双相S32304-200X厚度60mm高端中厚板产品性能满足国标及企业相关标准要求46mmNM400表面组织46mmNM4001/4处组织46mmNM400心部组织RAL系列高端中厚板热处理工艺不锈钢热处理：奥氏体超级奥氏体双相不锈钢……；碳素钢：高强结构板；耐磨板；储罐容器板；……；国内系列高端中厚板产品热处理生产工艺难题得到解决！高等级中厚板热处理生产RAL实测淬后钢板不平度/（mm/m）本项目技术水平国外引进设备水平厚度/mm实测钢板序号横向纵向不平度/（mm/m）1211.72.01.72.2≤722.51.61.01.433.51.41.21.01510.80.81.32.5≤620.50.81.02.32010.40.150.30.3≤520.060.250.30.32510.040.50.20.220.150.250.250.430.040.250.150.43011.80.30.750.4≤4221.20.51.0321.00.30.33510.30.21.00.520.20.40.50.5401111501111≤360～90及以上1111Max.3.5Max.2.2Max.0.8Max.2.5Max.0.4Max.0.3Max.0.5Max.0.4Max.2Max.0.75Max.0.4Max.1淬火板材平直度指标：12～90mm板形指标RAL实测淬后钢板不平度/（mm/m）本项目技术水平考核指标进口先进设备水平厚度/mm钢板序号横向纵向不平度/（mm/m）416663≤13不能生产254.5453733.55613545264.55434.52.74.21.58141.841.121.771.353.732.30.10.10.2450.21.81.21015.01.61.50.2≤7基本不能生产（生产难度大）21.53.90.150.534.20.80.160.144.00.71.90.3Max.6Max.5Max.5Max.4Max.5.6Max.3.1淬火板材平直度指标：6～10mm板形指标薄规格板材淬火领先国外进口先进设备生产实物水平Max.7Max.6RAL高平直度淬火工艺技术先进性比较可淬火板材厚度最薄至：4mm；突破进口设备可淬厚度下限值：10～12mm；打破国外钢铁公司薄规格高强调质板产品的市场垄断RAL保证值保证值的定义和条件本项目技术水平进口先进设备水平≥11℃/sec钢板加热温度：900℃温度从800℃冷却到500℃钢板规格：50mm×2500mm×12000mm11.86℃/sec≥11℃/sec典型规格钢板实测淬火冷速：优于国外先进设备水平淬火板材冷却速度指标50mm厚度钢板淬火冷却实测温度曲线实测值：11.86℃/sRAL取样位置头1头中头2尾1尾中尾2上表面硬度值（HB）380368380383384385下表面硬度值（HB）379349357360357369硬度均匀性9.35%中钢板头部钢板尾部12中12测试钢种：XGQ690E/A514MOD，规格：38.1×2438×6110类别考核标准本项目实测值国外先进设备水平表面硬度均匀性（HB）≤10％（CE≥0.35）≤10％满足考核标准要求≤15％（CE＜0.35）≤10％满足考核标准要求厚度方向硬度均匀性（HB）≤6%≤6％满足考核标准要求淬火板材硬度均匀性指标实测钢板淬火硬度均匀性指标达到或优于国外先进设备水平RAL应用推广RAL各厂建设的辊式淬火机临汾No.2－3000唐钢－3500新余－3800南钢－3500炉卷RAL新余3800－国内首次实现6～12mm薄规格低合金高强度板材淬火工艺的连续稳定生产RAL淬火机与加热炉共同组成热处理生产线，RAL首次承担大型热处理生产线的设计、自动化（含加热炉与火机的设计、制造权）完成酒钢3500热处理生产线（含加热炉与淬火机）宝钢特钢公司2800调质线的淬火机RAL宝钢特钢公司2800调质线的加热炉RAL首次承担大型热处理炉的设计、自动化加热温度1200℃处理不锈钢、特殊钢、高温合金板材处理材料厚度min4mmRAL南钢ADCOS-Q®RAL甘肃酒钢不锈钢热轧中厚板热处理线项目RAL涟钢热连轧板淬火机辊式淬火机投产生产照片（6mm）RAL宝钢4300热处理生产线国际招标中标2011年8月，宝钢4300热处理生产线举行国际招标，投标单位有LOI，Siemag-DREVER，东大（淬火机）+赛迪（加热炉），最后东大+赛迪中标RAL高强度低合金系列耐磨钢板关键生产技术与应用RAL减少损失的途径开发高性能耐磨钢铁材料高强度低合金耐磨钢，合金含量低、耐磨性能好、加工性能优异、综合成本低，是首选！磨损是设备失效的主要原因，损失巨大美国：每年高达1000亿美元，中国：每年超过3000亿人民币，仅冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门就超过400亿人民币。立项背景RAL高端：核心技术由国外公司垄断份额，瑞典SSAB、日本JFE、德国Dillingen等占80％以上价格，2010年以前20000～30000元/吨（目前，15000～20000元/吨）订货周期，8～12个月中低端：国内钢铁企业武钢、舞阳钢铁等能够生产NM360、NM400低级别耐磨钢板性能稳定性差立项背景RAL低合金耐磨钢板的使用：重大装备（如大型隧道盾构机、水泥制造球磨机、大型选矿机等）使用耐磨钢板全部依赖进口普通装备仅在关键部位选用进口耐磨钢板，降低了设备的使用寿命，增加了停机检修次数南京钢铁股份有限公司与东北大学通过产学研相结合，自主开发，实现高强度低合金系列耐磨钢产品的国产化。立项背景国家“十二五规划”专项：高性能耐磨钢铁材料RAL难题1：极高硬度下强韧性匹配硬度：HB≥470,Rm≥1550MPa（NM500)韧性：≥24J(-20℃)难题2：高洁净度冶炼和连铸技术低P、N控制：P≤120ppm;N≤35ppm连铸：铸坯质量控制，裂纹控制难题3：薄规格钢板板形控制轧制：厚度精