辊底式淬火炉淬火水痕控制方法

185 编辑：中冶有色技术网来源：山东南山铝业股份有限公司, 龙口南山铝压延新材料有限公司, 烟台南山学院

2025-01-03 15:08:05

权利要求

1.一种辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，依次对板材进行切边、预拉伸和固溶淬火处理;

当切边处理时，切边量为15-50mm;当预拉伸处理时，拉伸率为0.5-1.0%;

当固溶淬火处理时，控制入口水刀高度在300mm以上，入口水刀角度为35°-50°，入口水刀的喷嘴综合流量为5-10L/s，淬火上下水流量比为0.65-0.85，板材转移速度为100-500mm/s。

2.根据权利要求1所述的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，随着板材厚度的增加，入口水刀高度也相应增加，在角度不变的情况下，入口水刀的高度与板材的厚度之差为固定值，即H-h=L(1)，式中，H为入口水刀高度，h为板材厚度，L为距离常数。

3.根据权利要求2所述的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，当入口水刀高度达到上限时，通过调整水刀角度来保证水刀的喷射距离，cosα=(H-h)/L(2)，其中，L为距离常数，α为入口水刀角度。

4.根据权利要求3所述的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，入口水刀的高度和角度的调整方法为：在入口水刀的高度达到上限之前，保持入口水刀的角度不变，按照公式(1)调节入口水刀的高度;在入口水刀的高度达到上限之后，保持入口水刀的高度不变，按照公式(2)调整入口水刀的角度。

5.根据权利要求4所述的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，相邻喷嘴的间距不大于100mm，喷嘴无堵塞和无开裂，管路无开裂。

6.根据权利要求5所述的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，淬火水为去离子水，淬火水的PH为6-8，淬火水的电导率为50-200μS/cm，当淬火水的电导率不足时，通过添加氢氧化钠调高电导率数值。

7.根据权利要求1所述的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，其特征在于，入口水刀包括上水刀和下水刀，上水刀和下水刀分居板材的上下两侧，当板材厚度不大于10mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为5.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为7.9L/s;当板材厚度为10-20mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为6.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为9.5L/s;当板材厚度为20-50mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为7.0L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s;当板材厚度为50-250mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为7.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于铝加工生产技术领域，尤其涉及一种辊底式淬火炉淬火水痕控制方法。

背景技术

[0002]航空用铝合金拉伸板对最终成品表面质量有严格的要求，淬火水痕会影响产品的表面质量，水痕过重时会导致拉伸板报废。不仅如此，水痕还会影响淬火的均匀性，导致拉伸板的导电性和淬透性不均匀，严重时也会造成拉伸板报废。因此，控制水痕在航空用铝合金拉伸板生产中极为关键。

[0003]辊底式淬火炉是常用的水淬设备，在水淬过程中，辊底式淬火炉的入口水刀最先与拉伸板表面接触，对拉伸板的表面质量影响最大。当入口水刀设置不当时，不仅会在拉伸板表面产生水痕，而且会导致水淬均匀性变差，导致成品的表观质量和内部质量均变差，严重时直接导致产品报废。

[0004]目前辊底式淬火炉出炉板材的水痕无法控制在极高要求内，对此必须采用一整套标准生产工艺来保证淬火后板材的表面质量，保证材料各项指标均满足下游客户对产品的使用要求。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，有效解决目前辊底式淬火炉出炉板材的水痕无法控制在极高要求内的问题。

[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0007]一种辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，依次对板材进行切边、预拉伸和固溶淬火处理。当切边处理时，切边量为15-50mm;当预拉伸处理时，拉伸率为0.5-1.0%;当固溶淬火处理时，控制入口水刀高度在300mm以上，入口水刀角度为35°-50°，入口水刀的喷嘴综合流量为5-10L/s，淬火上下水流量比为0.65-0.85，板材转移速度为100-500mm/s。

[0008]进一步地，随着板材厚度的增加，入口水刀高度也相应增加，在角度不变的情况下，入口水刀的高度与板材的厚度之差为固定值，即H-h=L(1)，式中，H为入口水刀高度，h为板材厚度，l为距离常数。

[0009]进一步地，当入口水刀高度达到上限时，通过调整水刀角度来保证水刀的喷射距离，cosα=(H-h)/L(2)，其中，L为距离常数，α为入口水刀角度。

[0010]进一步地，入口水刀的高度和角度的调整方法为：在入口水刀的高度达到上限之前，保持入口水刀的角度不变，按照公式(1)调节入口水刀的高度;在入口水刀的高度达到上限之后，保持入口水刀的高度不变，按照公式(2)调整入口水刀的角度。

[0011]进一步地，相邻喷嘴的间距不大于100mm，喷嘴无堵塞和无开裂，管路无开裂。

[0012]进一步地，淬火水为去离子水，淬火水的PH为6-8，淬火水的电导率为50-200μS/cm，当淬火水的电导率不足时，通过添加氢氧化钠调高电导率数值。

[0013]进一步地，入口水刀包括上水刀和下水刀，上水刀和下水刀分居板材的上下两侧，当板材厚度不大于10mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为5.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为7.9L/s;当板材厚度为10-20mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为6.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为9.5L/s;当板材厚度为20-50mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为7.0L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s;当板材厚度为50-250mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为7.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s。

[0014]与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

[0015]本发明的方法简单，易于操作，稳定性高且重复性好，首先，通过控制切边和预拉伸来控制板材板型，使得淬火时板材受冷均匀，避免水压不均的情况发生;其次，通过调整入口水刀的角度、高度和流量等工艺来保证淬火后板材的表面质量，有效解决板材表面水痕问题，提高板材淬火均匀性及表观质量，进而提高企业的经济效益和社会效益。

附图说明

[0016]图1是辊底式淬火炉的入口水刀处的结构示意图，图中实心箭头指示板材移动方向。

[0017]附图标记列表：上水刀-1;下水刀-2;板材-3。

具体实施方式

[0018]一种辊底式淬火炉淬火水痕控制方法，依次对板材进行切边、预拉伸和固溶淬火处理。(1)当切边处理时，切边量为15-50mm，从而释放一波内应力。(2)当预拉伸处理时，拉伸率为0.5-1.0%，拉伸后持续释放内应力，并保证了淬火前板型。(3)当固溶淬火处理时，控制入口水刀高度在300mm以上，入口水刀角度为35°-50°，入口水刀的喷嘴综合流量为5-10L/s，淬火上下水流量比为0.65-0.85，板材转移速度为100-500mm/s。

[0019]如图1所示，入口水刀包括上水刀1和下水刀2，上水刀1和下水刀2分居板材3的上下两侧，入口水刀是固溶淬火处理时最先接触板材3表面的部位，但水流量比较小，且上水刀1和下水刀2均只有一排喷嘴，主要作用为阻止淬火区的水溅到淬火区以外。所述入口水刀高度指的是上水刀1距离送料辊道的距离(即距离板材底部的高度)，所述入口水刀角度指的是上水刀1或下水刀2的喷射方向与板材3移动方向的垂直方向的夹角。

[0020]申请人经研究发现，入口水刀的水流量在满足以上要求的情况下不宜过大，针对厚度6.35mm以下的薄板，入口水刀的水流量应足够小，防止入口水刀产生淬火作用，对板材板型造成影响。当板材厚度不大于10mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为5.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为7.9L/s;当板材厚度为10-20mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为6.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为9.5L/s;当板材厚度为20-50mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为7.0L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s;当板材厚度为50-250mm时，上水刀喷嘴的综合水流量为7.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s。

[0021]上水刀和下水刀喷射的淬火水需要重合到板材的一条线上面，保证板材的上表面和下表面的均匀变形，保证板材每一个位置的冷却更加均匀，避免板材的上下表面温差过大造成水痕。同时调整入口水刀的高度和角度，保证上水刀和下水刀喷射的淬火水喷射到板材的同一个点上。

[0022]申请人研究发现，(1)入口水刀高度与板材厚度的关系：随着板材厚度的增加，入口水刀高度应相应增加，在角度不变的情况下，入口水刀的高度与板材的厚度之差为固定值，即H-h=L(I)，式中，H为入口水刀高度;h为板材厚度;L为距离常数，一般为300mm。这样可以保证喷嘴喷出的水扩散的更加均匀，能均匀的喷洒到板材表面，同时必须避免淬火水喷洒到板材表面时出现部分位置无水的情况发生。

[0023](2)入口水刀角度与入口水刀高度的关系：一般来说入口水刀不能做到无限制的升高，因此当到达入口水刀的高度上限时，想要保证入口水刀的高度以及板材的厚度差是很难实现的，这种情况下想保证入口水刀的喷射距离时可以通过调整入口水刀的角度来实现。cosα=(H-h)/L(II)，其中，L为距离常数，一般为300mm，α为入口水刀角度，建议入口水刀角度为35°-50°，符合流体力学要求，使接触到板材表面的水更快的被后方水喷走。

[0024](3)入口水刀的高度和角度的调整方法为：在入口水刀的高度达到上限之前，保持入口水刀的角度(建议45°)不变，按照公式(I)调节入口水刀的高度;在入口水刀的高度达到上限之后，保持入口水刀的高度不变，按照公式(II)调整入口水刀的角度。假设入口水刀高度上限是500mm，距离常数为300mm，当生产250mm厚板材，如果调节入口水刀高度则需要调节入口水刀高度为550mm，超过入口水刀高度上限，此时就需要调整入口水刀角度。将公式(I)和公式(II)输入至电气程序当中，只需在淬火式辊底炉进炉前输入板材厚度即可自动控制入口水刀高度和角度。

[0025](4)转移速度表示板材经过入口水刀和淬火区的移动速度。转移速度快，可以减少板材与入口水刀流量接触的时间，增加淬透性，防止板材受水不均而造成的水痕;如果转移速度过慢，会影响淬火区的淬火效果，使材料板形变差，因此，在保证铝板的淬透性和相关性能的情况下应增加转移速度。

[0026](5)相邻喷嘴的间距应足够小，建议不大于100mm，以保证板材表面均匀受水。

[0027]喷嘴应无堵塞、无开裂，管路应无开裂。喷嘴堵塞时该喷嘴位置的水压就会明显变大，水流量不会分散开来，水压过高造成白色的通长条纹。管路开裂也是同理，开裂位置产生大量的水量，喷到板材上造成通长水痕。

[0028]喷嘴和管道的检查方法：①手动打开喷嘴进行喷水，并将喷水水流量设定到可以喷水的最小水流量，此时检查喷嘴有无堵塞、管道有无开裂。②观察管道水压：在水流量一定大的时候(如360L/s)，若无管道开裂，它的水压应该是最大的(如2.0bar)，若管道开裂，管道内的水压会因为水量的流失而减小，开裂程度大时水压会严重下降(如1.7bar)，从而可以判断出管道是否开裂及开裂大小。

[0029]防止管道开裂的方法：送水管道拐角处可能因为长期承受高压力而出现开裂，一般的解决措施就是焊接，但若没有更为高级的焊接方式，如氩弧焊，一般很难均匀地焊接好，会因为焊接质量的不好(如焊接的各位置强度不一)而反复出现开裂情况。但因为淬火区空间大小的影响，一般开展不了高级别的焊接工作。为解决反复开裂问题，申请人研究发现在管道焊接的同时对开裂位置进行加固处理，能够提升管道的耐开裂能力。例如，90°折弯(根据实际情况进行)一个铁片，然后将铁片焊接加固到开裂位置上，通过一圈的焊接和增加铁片的强度加固开裂位置。

[0030](6)淬火水的要求：①淬火水的PH为6-8，建议1-2周检测一次。②淬火水的电导率为50-200μS/cm，建议1-2周检测一次。③结合企业实际情况，尽量降低淬火水中钙离子和氯离子的含量，钙离子和氯离子的含量过高容易对铝合金产生腐蚀或者色差，建议1-2月检测一次。④淬火水更换周期一般为1-2年，要保证水体清晰，无过大浑浊物，并根据板材表面水痕情况进行更换，板材表面水痕无法消除时可以提前进行换水。⑤建议使用去离子水进行淬火，但新的去离子水电导率太低(低于20μS/cm)，当电导率过低时淬火效果不理想，因此通过增加添加剂来达到迅速增加淬火水电导率的目的。添加剂推荐氢氧化钠，不推荐氯化钠。因为氯化钠会使淬火水中氯离子含量增加，氯离子在酸性条件下形成HCl，易形成腐蚀。但氢氧化钠得氢氧根离子可以中和淬火水中的HCl，即起到提升电导率作用，又能防止淬火水呈现弱酸性。

[0031]本发明首先通过控制切边和预拉伸来控制板材板型，使得淬火时板材受冷均匀，避免水压不均的情况发生;其次，通过调整入口水刀的角度、高度、水压和流量等工艺来保证淬火后板材的表面质量，有效解决板材表面水痕问题，提高板材淬火均匀性及表观质量。下面将结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。

[0032]实施例1：采用本发明提供的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法对铝合金进行处理。

[0033](1)切边：切边量为25mm，切边后，备用。

[0034](2)预拉伸：对切边后的板材进行拉伸处理，拉伸率为0.8%，得到的铝合金板材尺寸为：厚50mm*宽1200mm*长13000mm。

[0035](3)固溶淬火处理：入口水刀高度为350mm，入口水刀角度45°，上水刀喷嘴的综合水流量为7.0L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s，转移速度200mm/s，淬火后无水痕。

[0036]对比例1：与实施例1的不同之处在于，对比例1的入口水刀高度为200mm，淬火后有水痕。

[0037]由实施例1和对比例1可知，当在入口水刀角度不变的情况下，入口水刀的高度与板材的厚度之差为距离常数(300mm)时，有利于保证喷嘴喷出的水扩散的更加均匀，从而使淬火后的板材无水痕。

[0038]实施例2：采用本发明提供的辊底式淬火炉淬火水痕控制方法对铝合金进行处理。

[0039](1)切边：切边量为15mm，切边后，备用。

[0040](2)预拉伸：对切边后的板材进行拉伸处理，拉伸率为0.5%，得到的铝合金板材尺寸为：厚200mm*宽1200mm*长10000mm。

[0041](3)固溶淬火处理：入口水刀高度为500mm(高度上限)，入口水刀角度45°，上水刀喷嘴的综合水流量为7.5L/s，下水刀喷嘴的综合水流量为10.0L/s，转移速度100mm/s，淬火后无水痕。

[0042]对比例2：与实施例2的不同之处在于，对比例2的入口水刀角度35°，淬火后有水痕。