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热处理中厚板的工艺现状和发展趋势

发布时间:2014-08-19 17:24

随着工程机械、石油化工、海洋工程、电站锅炉、水力发电、军工装备等行业的快速发展,我国对热处理中厚板产品的品种、规格和质量要求越来越高,以传统的热轧、控轧、控冷工艺方式生产的钢板已经远远不能满足使用要求,必须以正火、调质等热处理状态交货,以满足高强度、高韧性、超厚度、组织结构均匀、性能稳定等使用要求。

热处理中厚板工艺的几种方式 中厚板的热处理工艺一般有正火、退火、淬火和回火四种基本类型,是高端中厚板产品生产过程中必不可少的重要工艺。热处理产品几乎涵盖了钢厂的所有生产工艺和检测手段,对于厚规格、高性能钢板,尤其是要求性能均匀性比较高的锅炉压力容器钢板、桥梁钢板、高层建筑钢板、Z向钢板等,必须以热处理状态交付。中厚板热处理要求炼钢工序配备铁水预处理设施、LF/VD/RH等炉外精炼设施等;轧钢工序要配备有高刚度强力轧机、ACC(DQ)、强力矫直机、火焰切割等;热处理的钢板一般要求逐张探伤。探伤检测可安排在热处理之前,这样探伤不合格可直接改判以节省热处理费用,但正火通过再结晶细化均匀组织,对于某些微小的探伤缺陷有改善作用,尤其是合金含量较高的钢种,因此有些品种可安排在热处理之后探伤。 中厚钢板热处理的主要方式有正火、调质(淬火+高温回火)、正火+控冷、正火+回火、回火、退火、直接淬火(DQ)、直接淬火+回火等。热处理中厚板产量最大的是正火板,括正火+回火,占所有热处理产品的70%;其次是调质板,占15%;其他如回火等占15%。在一般情况下,锅炉压力容器钢板、海工用钢都是以正火状态交付。常化炉的一大作用是挽救很多热轧后延伸或冲击不合格的产品,减少改判率。但随之而来的一个问题是一些延伸、冲击不合格需要挽救的产品本身强度富裕量小,容易导致经挽救处理后反而强度不合格。按照工作方式,中厚板热处理炉型分为连续式热处理炉和周期式间歇性热处理炉两种;按照钢板运送方式,可分为辊底式、台车式、步进式、外部机械化式及罩式等五种;按照加热方式,可分为明火加热与辐射管无氧化式加热两种。

辊底式炉可用于钢板的正火、回火及调质等热处理,产量和机械化、自动化程度均较高,在国内得到了广泛应用。台车式炉也称车底式炉,属于周期式间歇性生产的热处理炉,主要用作特厚板、退火板的热处理。

对于调质压力容器钢板、原油储罐板、耐磨钢等重要结构钢板,为了获得一定的强度和韧性,要求以调质状态交货,淬火+高温回火(600℃),将淬火后的钢板进行高温回火的工艺为调质处理,主要钢种有美标球罐调质钢板、油罐钢板、军工板921、模具钢P20等。对于耐磨钢等要求表面硬度较高的钢种,多采用淬火+低温回火,如NM400,回火温度一般在200℃~250℃。而在线直接淬火(DQ)+回火方式是利用轧后的直接淬火设施(一般30mm)实施钢板在线直接淬火,然后进行离线的回火处理,可大大节约热处理成本,目前在生产高强度低碳贝氏体钢、薄规格油罐钢等钢种时采用较多。 热处理中厚板市场需求旺盛 近年来,随着中厚板新产线的建设和不断投产,国内中厚板的热处理产能不断提升。据统计,我国目前中厚板热处理总产能在1200万吨以上,而对应的热处理中厚板的需求为800万吨~900万吨。

根据国内目前的中厚板生产情况,需要热处理的钢种及厚度规格一般为80kg级以上高强钢、30mm以上高强船板及海工用钢、36mm以上锅炉容器板、油罐钢、80mm以上结构钢、Z向钢、耐磨钢等。近几年,海洋工程用钢发展势头强劲,带动高强度船板需求快速增长,预计2012年该行业用钢量将超过100万吨。目前,我国锅炉制造企业年需钢材约70万吨,压力容器制造企业年需钢材200万吨~220万吨,其中低温钢、中温抗氢钢、正火高强度钢等高技术含量、高质量的产品还依赖进口。2011年我国锅炉容器钢板的消费需求达260万吨~280万吨,其中需要热处理的有80万吨~100万吨。锅炉板标准中没有硬性规定Q345R需热处理的产品,但在一般大于30mm的规格均需要正火处理。我国战略石油储备工作方兴未艾,使油罐钢面临巨大的市场发展前景。西气东输和战略石油储备等大型工程中的天然气罐和大型石油储油罐都大量急需调质610MPa级钢,单就一座石油储油罐就使用该钢材8000吨,国家计划在几年内在沿海地区建造300座,钢材的使用量是巨大的。此外,在其他热处理品种方面,结构用钢不断向轻量化、大跨度、超高层、高速、重荷载方向发展,并要承受强烈地震和各种恶劣环境(低温、火、风、、重腐蚀等)考验,对钢材的性能提出了更高的要求。模具钢和耐磨钢主要是淬火+回火状态交付。 高强度和高性能对热处理要求越来越高 我国拥有广阔的海线、丰富的大陆架资源,随着石油和天然气需求的日益增加,海上油田的不断发现和相继开工,国内海洋采油平台钢板的需求迅速增加,作为海上油气钻采作业的支撑,海洋工程装备前景广阔,发展势头强劲,并将带动低合金高强度船板的需求在未来几年快速增长。同时,厚规格、高强度、高等级正火型船板主要用于载重5000吨以上的各类大型船舶。随着世界造船业向高强度、大型化发展,正火型船板需求比例不断上升。高强海洋平台用钢向抗层状撕裂、超低温冲击等方向发展,主要以正火或调质处理状态交货,如EH460-F690钢大部分采用调质工艺生产。

为了提高产品的工作效率、延长使用寿命,国内外工程机械和煤机行业向高参数、大型化方向发展,用钢特点呈现为以高强度、高韧性、良好焊接性能、冷成形性能和抗疲劳性能为主。2012年,预计机械行业用80kg~120kg级别的调质热处理高强钢将达到100万吨,部分超薄、厚的60kg~70kg级板也需要热处理。全年热处理钢板需求量将达到120万吨以上。

目前,大型锅炉和压力容器对热处理钢种和规格的需求明显增多,宽、厚规格锅炉压力容器板材需求量也明显增加,其使用条件和环境越来越苛刻。由于锅炉压力容器是安全性极强的产品,对钢板的技术条件、板形、可焊接性等个性化要求也越来越高。但是,低温钢、中温抗氢钢、正火高强度钢等高技术含量、高质量的产品在国内市场还相对紧缺,有些规格仍然依靠进口。

随着压力容器制造水平的提高,此类高端热处理中厚板的国产化程度将会不断提高。

据统计,目前我国核电年用钢量在15万吨~20万吨。随着核电设备制造业的不断发展,核电用钢的国产化程度也在不断提高。需要热处理的钢种为:常规岛设备用钢20HR、16MnHR、A516Gr70,核岛设备用钢16MnD5、A285Gr.C、A738Gr.B等,模块设备结构用钢A588GrA、A514GrE等。在其他热处理中厚板品种方面,随着行业升级的不断提高,对产品性能都提出了不同程度的要求。

热处理工艺技术有待进一步提高

在目前国内热处理中厚板的生产过程中,还存在一些问题,如由于性能不合格造成的挽救钢板,仍然占有一定的比例;热处理工艺控制技术水平还有待进一步的提高;对于采油平台用钢、核一级用钢、低温钢等高级别品种,仍不同程度地依赖进口。

热处理是高端中厚板产品生产过程中必不可少的重要工艺,涵盖了钢厂的所有生产工艺和检测手段,对于油罐钢、海工用钢、核电用钢等厚规格、高性能钢板,必须以热处理状态交付。舞钢、宝钢和南钢在热处理的品种、规格、产量和业绩方面,具有明显的特色和优势。随着海洋工程、工程机械等行业向着高参数、大型化、重荷载方向发展,对热处理中厚板也提出了更加严格的要求,高强度、高韧性和良好的焊接性能是热处理中厚板的发展方向。