复合冷却方式下中厚板快速冷却自由路径控制机理及模型研究

中厚板快速冷却并非传统意义上的"一冷到底"，随着生产厂家对中厚板品种及生产模式的需求日趋多样化，"多路径"成为实现快速冷却过程控制新的思路。本项目围绕射流冲击水冷、汽雾冷和强风冷等多种冷却方式和狭缝射流、圆孔射流、管层流等多种喷水形式，测定钢板表面局部换热系数分布，探究钢板温度场、应力场随换热过程变化规律，创建中厚板快速冷却自由路径控制理论。同时，构建复合冷却方式下钢板快冷路径控制模型系统，智能化制定中厚板多路径快冷策略。在此基础上，阐明典型钢种淬透性和临界冷却速率影响因素，建立中厚板淬透层深度预测模型和在线检测方法，利用工业化试验检验快冷路径控制对钢板冷后性能的影响。项目研究成果为中厚板快冷过程的精确自动控制奠定理论和技术基础，为宽范围冷后性能控制和精确冷后性能预测提供科学依据，为低成本、高品质、高附加值中厚板产品研发和生产创造有利条件。

我国是世界第一产钢大国，但能源、化工、交通等重点领域关键装备制造所必须的高端中厚钢板仍不能满足需求，年进口量达200余万吨。热处理工艺技术是制约我国生产这类钢板的关键，其中钢板快速冷却技术及装备仅由德美日三国掌握，并实行技术封锁。因此必须自主开发，打破完全依赖进口的局面，促进我国中厚钢板热处理行业的健康发展。. 温降、冷速变化规律及调控技术是中厚钢板快速冷却技术的核心，本项目在NSFC支持下，攻克了大型板材复合冷却方式下换热-导热机理、高强度高均匀性快冷、工艺模型等关键技术，开发出多路径快速冷却策略及应用软件，取得如下创新成果：1）阐明了射流冲击水冷、汽雾冷、强风冷三种方式下钢板表面换热特性，确定了旨在提高钢板表面综合换热能力的快冷工艺规程及设备参数，解决了钢板快冷过程自由路径控制多场耦合、边界条件复杂等难题；2）构建了大宽厚比钢板高强度均匀化快冷方法，揭示了快冷过程中冷却速度、介质流量对钢板残余应力、淬硬层深度及组织演变的影响规律，解决了性能一致性、温度敏感性和高平直度控制等难题；3）开发成功自由路径控制工艺模型及柔性化快冷系统，解决了钢板长宽厚冷速精准控制、断面冷却均匀性控制等难题，满足了钢种、规格和性能对温度和冷却路径控制的需要；4）建立了中厚钢板多路径快冷策略及热处理工艺数据库，实现了以工艺过程控制为核心的自动化连续化钢板快速冷却生产。. 项目的完成解决了复合冷却方式下钢板“多路径”快冷控制这一科学问题，冷速控制精度达3%，满足了钢板冷后组织和性能多样化的需要。结合在线超快速冷却系统和离线辊式淬火装备，实现了中厚钢板全厚度连续稳定热处理生产。以左铁镛院士等组成的鉴定委员会认为：“深入研究了高效射流换热机理，解决了宽厚钢板高冷却速率、高冷却均匀性等难题，整体上达到国际先进水平”；“开发出完整的工艺数学模型系统，满足了不同热处理工艺制度、不同冷却路径的需要”。相关成果被《世界金属导报》评为2013年世界钢铁工业十大技术要闻。. 本项目共发表SCI收录论文3篇（累计影响因子6.23），EI收录论文5篇，授权发明专利9项、软件著作权7项。作为部分成果获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖3项。开发的快冷核心工艺技术应用到宝钢、太钢等13条中厚钢板在线、离线热处理生产线，为高品质中厚钢板节约型、减量化热处理生产做出了贡献，促进了重大冶金装备国产化进程