1研究背景

我國是世界第一產鋼大國，中厚板年產量已達7000余萬噸，中低檔次普通中厚板產品過剩嚴重，但與此同時，我國部分高端高附加值中厚板產品仍主要依賴進口，其中絕大多數是熱處理產品。國家已將海洋、交通運輸、能源和重大裝備等領域作為我國發展戰略重點，這些領域對于高端熱處理中厚板產品在產品性能和規格方面提出了更高的要求。

目前國內中厚板生產線普遍配備了包含輥底式熱處理爐、周期式爐和淬火機等較為完備的熱處理裝備，這些裝備最初主要從LOI、DREVER等公司引進，絕大多數具備了生產10-80mm厚熱處理鋼板的能力，部分企業通過改進和利用自主開發的設備具備了生產最薄3-5mm淬火鋼板，最厚200mm淬火鋼板的能力，但最大寬度僅限于1800mm，不能滿足工程機械大型化需求；對于厚度大于120mm的特厚板國內普遍采用浸入式淬火方式，因表面換熱效率低、冷速可控性差以及厚向截面效應無法滿足高品質特厚鋼板熱處理需要。

針對上述現狀，圍繞高等級熱處理關鍵裝備和核心技術，開發鋼鐵行業急需的特厚、超薄極限規格淬火和極限低溫回火等高端板帶鋼熱處理工藝及裝備技術，對于提高我國中厚板熱處理生產水平具有重要意義。

2研究現狀及進展

2.1特厚板傳統浸入式淬火在冷卻強度等方面存在不足，需開發新的淬火裝備和技術目前，特厚鋼板（鋼板厚度大于120mm）淬火生產主要采用浸入式淬火方式，通過池內冷卻水攪拌加速鋼板表面對流，實現較快速冷卻。由于攪拌水流速度受淬火池或淬火槽容積及裝置限制，相對于壁面射流換熱，浸入式淬火冷卻強度偏低，且因攪拌產生的水流速度在池內各處不一致，鋼板板面各處冷卻強度分布不均，導致鋼板冷后淬硬層深度及組織分布不均。目前，厚度120mm以下中厚鋼板普遍采用連續輥式淬火，鋼板由輥道承載在冷卻區運動淬火。因具有冷卻強度大、冷卻均勻、控制精度高、板形好等優點，這種淬火裝備（淬火鋼板厚度范圍10-100mm）被德國LOI、美國DREVER、日本IHI三家公司壟斷，并對我國實施技術封鎖。東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室在王國棟院士帶領下，經過多年研究，自主開發成功國內首套輥式淬火裝備，并推廣至太鋼、寶鋼、南鋼等企業，淬火鋼板厚度拓展至4-120mm。

盡管常規連續輥式淬火與浸入式淬火相比優勢明顯，但因高壓段太短，低壓段冷卻能力不足，隨著鋼板厚度增加（>120mm），心部冷速和厚向截面效應成為兩個不可逾越的技術瓶頸，因無法調和表面換熱與內部導熱的平衡關系，常規連續輥式淬火無法滿足特厚板對心部冷速和厚向組織均勻性的需求，進一步限制了其在特厚板熱處理領域的應用。綜上所述，傳統浸入式淬火已不能滿足高品質特厚板熱處理生產及研發需要，需要開發新的特厚板淬火工藝技術及裝備，實現國內特厚板生產企業特厚鋼板高效能、低成本、減量化熱處理生產。2.2薄規格鋼板淬火技術需在穩定性、減少內部應力等方面進一步開展研究

高強度極薄調質鋼板是大型裝備制造的基礎材料。這類鋼板淬火敏感性高，寬厚比大，淬火后易瓢曲，且強度高難以矯正，板形問題是制約其應用的瓶頸，也是公認的國際性難題。相對于常規中厚板來說，薄規格板材淬火過程中高冷卻強度較易實現，但在冷卻均勻性方面要求極為苛刻。目前極薄鋼板淬火均采用氣霧冷卻、風冷及小流量水冷等“較低冷速”淬火策略。但在薄板淬火實際工業生產過程，鋼板表面水流/氣流呈現出無序性及不可控性，淬火條件的微小變化極易對冷卻介質的流動特性及換熱特性帶來擾動，難以實現全板面溫降、相變的協同作用，極易造成薄板淬火板形缺陷。為此，東北大學通過采用極限冷速對高溫鋼板進行“瞬間凍結”，實現了5（4）-10mm板材淬火良好板形，取得了技術突破，并已經在南鋼、漣鋼、新余、湘鋼（改造原設備）、酒鋼等10余家企業得到了應用。

因此，針對性開展極薄鋼板極限冷速瞬間淬火過程高效均勻換熱機理及溫度、應力、相變耦合變化規律的研究，系統解決淬火過程板形高平直度控制的難點問題，對滿足工程機械行業的需要生產最薄3mm高品質高強薄板，具有重要意義。

2.3極限低溫回火技術對提高超高強鋼板的性能穩定性意義重大鋼板熱處理過程中良好板形及性能的均勻性與爐溫的控制精度有直接的關系，一般要求偏差小于±5℃，對于低合金耐磨鋼、超高強工程機械用鋼等高端產品的回火工藝過程，一般要求爐溫在300℃以下，回火過程對溫度的變化較為敏感，因此用于此類產品生產的回火爐低溫溫度均勻性和控制精度要求非常高。

目前國內鋼廠的回火爐大部分采用脈沖加熱方式，只能在300℃以上工作時達到±10℃左右的溫度精度。爐溫在300℃以下時，溫度均勻性和控制精度都無法保證，偏差達20-30℃以上，因此會經常造成低溫回火板材的性能、質量波動，不利于穩定生產。常規回火爐的這種缺陷是由其設備結構本身所決定的，無法通過簡單的設備改造和特殊控制技術的使用來解決。

因此，研制與開發新型高精度低溫回火爐對提升國內熱處理裝備技術水平、穩定高品質特殊鋼的生產意義重大。