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        鋁合金中厚板在線淬火工藝探討

        2019-07-22 07:01:36
        世界有色金屬 2019年10期
        關(guān)鍵詞:中厚板淬火板材

        潘 亮

        (中冶東方工程技術(shù)有限公司,山東 青島 266555)

        對鋁板帶材加工企業(yè)來說,加工工藝正追求高效率、高品質(zhì)、節(jié)能、降耗、環(huán)保的目標(biāo)。對于以2XXX、6XXX、7XXX系等可熱處理強(qiáng)化合金為主的鋁合金中厚板產(chǎn)品,淬火及時(shí)效是一種有效提高鋁合金強(qiáng)度性能的工藝。但傳統(tǒng)鋁合金中厚板淬火方式面臨熱能損失大、能耗大、生產(chǎn)效率低等問題,為克服上述問題并結(jié)合黑色金屬中厚板成熟在線處理工藝,本文針對一種新型鋁合金在線淬火工藝進(jìn)行探討。

        1 鋁合金中厚板熱處理

        (1)鋁合金中厚板生產(chǎn)工藝。鋁合金中厚板生產(chǎn)工藝包括以下流程:熔鑄,均勻化處理,鋸切銑面,加熱,熱軋,剪切,固溶熱處理,淬火,預(yù)拉伸,人工時(shí)效,鋸切,成品檢驗(yàn)。

        (2)傳統(tǒng)鋁合金中厚板淬火工藝。目前普遍使用的淬火方式為鹽浴爐加熱和空氣爐加熱兩種方式。①鹽浴爐加熱。鹽浴爐加熱流程為硝鹽爐加熱→冷水淬火→硝酸蝕洗→冷水清洗。使用鹽浴爐熱處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,制造及生產(chǎn)成本低,易于溫度控制;但其安全性差,耗電量大,不易清理,常年處于高溫狀態(tài),調(diào)溫周期長。且冷卻過程不均勻,板材變形較大,易板面形成較厚的氧化膜[1]。②空氣爐加熱??諝鉅t加熱流程為空氣加熱室→高壓冷水室→低壓冷水室。目前空氣爐的加熱爐型多選用輥底式空氣淬火加熱爐,其工藝過程簡單、板材單片加熱及單片冷卻,加熱均勻,冷卻強(qiáng)度大,使得淬火板材具有優(yōu)良的綜合性能。缺點(diǎn)是設(shè)備投資大、加熱過程相對較長,生產(chǎn)效率有所降低[1]。

        2 新型鋁合金中厚板在線淬火工藝

        為克服傳統(tǒng)工藝中的缺點(diǎn)并充分利用前續(xù)工藝環(huán)節(jié)熱軋中的余熱,提出在線淬火工藝。

        2.1 工藝流程

        鋁合金在線余熱淬火工藝流程為熱軋→定尺剪切→(補(bǔ)溫、保溫)→在線淬火→下線。對淬火冷卻速度敏感的合金如2024、2618、2017、6061、7075等合金牌號,不進(jìn)入補(bǔ)溫爐加熱補(bǔ)溫,直接進(jìn)行在線淬火操作。

        2.2 設(shè)備布置形式

        (1)中厚板專業(yè)軋機(jī)。軋制成中厚板成品厚度后直接進(jìn)入在線淬火線。專業(yè)中厚板軋機(jī)建設(shè)較少,不具備廣泛適用性。

        (2)熱連軋生產(chǎn)線。常規(guī)熱連軋線考慮兩種布置方式:方式一:在粗精軋之間橫移出軋線;方式二:在加熱爐前與卷材軋制方向反向直接進(jìn)入淬火線。

        圖1 熱連軋線在線淬火工藝設(shè)備布置形式1-熱粗軋機(jī);2-重型剪;3-橫移及閉鎖裝置/橫移小車;4-補(bǔ)溫爐;5-主淬火段;6-后冷卻段;7-干燥裝置;8-真空垛板裝置;9-定尺剪

        方式一流程為粗軋→重剪切頭尾及定尺→橫移→補(bǔ)溫(空過)→淬火→下線,其優(yōu)點(diǎn)在于最大限度利用場地,淬火線與精軋平行布置。但板卷同向,中厚板線上橫移時(shí)間長,板卷套軋節(jié)奏受一定干擾;而且對于淬火冷卻速度敏感合金需空過補(bǔ)溫爐。方式二流程為粗軋→重剪切頭位→定尺剪→(補(bǔ)溫爐橫移至線上補(bǔ)溫)→淬火→下線。其優(yōu)點(diǎn)在于板卷下線方向相反,板卷套軋節(jié)奏匹配容易;對于淬火冷卻速度敏感合金補(bǔ)溫爐可不橫移至線上,直接進(jìn)入淬火段。對于需要補(bǔ)溫的合金,補(bǔ)溫爐橫移至線上補(bǔ)溫。不足之處為淬火線布置在軋線反向,增加設(shè)備長度。

        經(jīng)綜合比較,方案二更具實(shí)用性。

        2.3 設(shè)備選型

        (1)橫移裝置及補(bǔ)溫爐選型。黑色金屬中厚板在線淬火工藝常采用橫移小車+補(bǔ)溫爐方式。此種方式爐體位置不變,板材通過小車托起從輥道橫移至線外爐。補(bǔ)溫結(jié)束后,再由小車托起橫移至線上輥道。此方式機(jī)構(gòu)較為簡單,設(shè)備位置固定。但需補(bǔ)溫合金中厚板需橫移兩次返回線上,板材平面位置移動(dòng),增加表面擦傷可能。

        本論文提出的在線淬火工藝采用可橫移至線上的補(bǔ)溫爐,采用輥底式空氣加熱爐配置橫移坦克鏈。此方式對于需補(bǔ)溫的合金中厚板始終位于線上,設(shè)備橫移,板材不做平面位置移動(dòng),只在上下方向運(yùn)動(dòng),表面質(zhì)量較好。

        (2)淬火段設(shè)備選型??紤]減小鋁合金中厚板在淬火過程中的翹曲問題,適當(dāng)減小冷卻負(fù)荷。淬火段分兩段。第一階段為硬淬火段,集管采用水幕冷卻裝置,水幕冷卻速度最大可達(dá)360℃/sec。該階段將鋁板溫度急冷至290℃左右。此溫度能滿足工藝要求,且與目前較為先進(jìn)的輥底式淬火爐工藝一致。第二段為軟淬火段,集管采用壓力水傾斜噴射的快速冷卻裝置,該階段設(shè)計(jì)將鋁板快冷至約200℃。該溫度在鋁合金淬火敏感溫度以下,合金的組織性能不會發(fā)生明顯降低。

        2.4 工藝參數(shù)

        (1)非淬火冷卻速度敏感的合金。a.補(bǔ)溫:對經(jīng)過熱粗軋溫度為350℃~430℃的鋁板進(jìn)行補(bǔ)溫操作,將溫度控制在450℃~550℃;b.保溫:對經(jīng)過補(bǔ)溫操作的鋁板進(jìn)行保溫操作,保溫時(shí)間20min~80min;c.淬火:淬火采用兩段式冷卻方式,在第一階段將溫度急冷至290℃以下,在第二階段將溫度快冷至200℃~260℃。

        (2)淬火冷卻速度敏感的合金。熱軋后直接進(jìn)入淬火段,兩段式冷卻,工藝參數(shù)同上。

        3 與傳統(tǒng)工藝及其他在線淬火工藝比較

        鋁合金在線余熱淬火技術(shù)目前還無應(yīng)用,與離線淬火線相比,其具有以下優(yōu)勢:①本工藝在鋁板帶熱軋生產(chǎn)線上增設(shè)直接淬火裝置。這種工藝有效地利用了軋后余熱,有機(jī)地將變形與熱處理工藝相結(jié)合,從而有效地改善鋁板材的綜合性能。②該工藝省去了離線再加熱工序,縮短工藝流程,節(jié)約了能源,降低了生產(chǎn)成本。

        與類似提出的在線淬火工藝相比[2],在加熱爐前輥道與卷材軋制方向反向直接進(jìn)入淬火線的布置方式有如下特點(diǎn):①與在粗精軋之間橫移出軋線相比,對卷材生產(chǎn)節(jié)奏幾乎無干擾,最大化發(fā)揮板卷復(fù)合軋線套軋的效能,提高產(chǎn)量。②與橫移至線外補(bǔ)溫爐方式相比,板材不做平面位置移動(dòng),表面質(zhì)量更好。③由于與原熱軋生產(chǎn)線卷材下線方向反向,在場地允許情況下,可在不改造原有設(shè)備及不影響原設(shè)備生產(chǎn)情況下建設(shè)中厚板在線淬火線。不減產(chǎn)加品種(板材寬度受原粗軋機(jī)限制),最大化設(shè)備效能。

        4 結(jié)語

        鋁合金中厚板在線淬火工藝將鋼鐵軋制裝備集成開發(fā)方面的成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用在鋁加工行業(yè),有效利用軋后余熱,資源高效循環(huán)利用。

        在熱軋線加熱爐前輥道與卷材軋制方向反向直接進(jìn)入淬火線,不干擾原工藝生產(chǎn)節(jié)奏,板卷生產(chǎn)分工明確。

        選取橫移式補(bǔ)溫爐+兩段式淬火+后冷卻+干燥段工藝,有效改善鋁合金中厚板合性能。

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