大单重、大断面特厚钢板是装备制造、交通运输、船舶海工、能源化工、军工等领域的关键原材料，在国民经济建设、国家安全方面具有不可替代的作用。淬火是特厚钢板的核心热处理工艺。传统特厚钢板热处理普遍采用水槽式淬火方式，水槽式淬火冷却强度低，并且由于搅动产生的流速不同，导致钢板各处冷却强度差异较大，造成钢板的组织性能均匀性较差，产生截面效应。现有中厚规格钢板淬火冷却系统由于冷却强度不够、壁面换热无序、断面组织调控手段单一等原因，不能直接用于特厚钢板淬火生产。因此，研究特厚钢板淬火过程中换热及组织性能演化规律，进而研发特厚钢板淬火新工艺技术，成为特厚钢板高质量淬火的关键。 本文以国际首台套特厚钢板连续辊式淬火技术装备及工艺研发项目为背景，研究了特厚钢板在静止和连续射流淬火过程中，换热区形式、冷速分布和组织性能演化规律。开发出高强均匀淬火新工艺技术，在工业现场取得了良好的应用效果。论文的主要工作及研究成果如下: (1)测定了压力容器用钢在奥氏体连续冷却过程中的CCT曲线。结果表明，当冷速在0.2～10℃/s之间时，实验钢发生铁素体、珠光体和贝氏体相变，组织由铁素体、珠光体和贝氏体组成。当冷速大于10℃/s时，实验钢发生马氏体相变，组织主要由马氏体组成。研究了不同冷速对相变开始温度与相变时间的影响。结果表明，随着冷速的增加，贝氏体和马氏体的相变开始温度降低，贝氏体和马氏体的相变时间变短。 (2)研究了特厚钢板静止射流淬火时，射流冲击换热区、交互干涉换热区和横向流动换热区的冷速分布和组织性能演化规律。结果表明，三个换热区在1/4至1/2厚度区间，温度梯度最大值分别为6.1、5.5和8.1℃/mm;在1/2厚度处，冷速分别为2.3、2.2和1.9℃/s。总结出特厚钢板静止射流淬火过程不同换热区的冷速分布和组织性能变化规律:冷速与温度梯度越均衡，钢板的组织均匀性与性能稳定性越好。冷却区设计要采用交替布局方式，以便消除不同换热区冷速与温度梯度的差异，达到冷速与温度梯度的均衡。 (3)研究了特厚钢板静止循环射流淬火时，射流冲击换热区、交互干涉换热区和横向流动换热区的冷速分布和组织性能演化规律。结果表明，三个换热区在1/4至1/2厚度区间，温度梯度最大值分别为3.1、2.9和3.8℃/mm;在1/2厚度处，冷速分别为1.5、1.6和1.1℃/s。实验钢经循环射流淬火后，与射流淬火相比，组织明显细化，三个换热区除了横向流动换热区1/2厚度处的组织有差别之外，其他各测量位置沿钢板厚度方向的组织均匀性都较好;强度与硬度明显增加，三个换热区除了射流冲击换热区和交互干涉换热区上表面处、横向流动换热区1/2厚度处的性能有差别之外，其他各测量位置的性能差异较小，性能稳定性较好。循环淬火工艺能消除特厚钢板静止射流淬火过程中不同换热区组织性能的差异。 (4)研究了特厚钢板连续射流淬火过程中，冷速分布和组织性能演化规律。结果表明，钢板头部、中部和尾部在1/4至1/2厚度区间的温度梯最大值分别为1.7、2.3和2.8℃/mm;在1/2厚度处，冷速分别为0.58、0.58和0.54℃/s。钢板沿厚度方向的铁素体和珠光体的体积分数逐渐增加，贝氏体的体积分数逐渐减少，沿长度方向的组织均匀性较好;钢板沿厚度方向的强度值，硬度值和冲击功都逐渐降低，延伸率逐渐增加;沿长度方向的性能稳定性较好。特厚钢板连续射流淬火工艺采用高压区大水量、高水压，中压区大水量、中水压，实现表面换热与内部导热的平衡。 (5)开发出高强均匀淬火新工艺技术，应用于舞阳钢铁有限公司国际首台套特厚钢板辊式淬火机上，实现了厚度范围120～300mm、最大单重50吨的钢板连续稳定生产。特厚钢板经辊式淬火后，温度均匀性小于±10℃，表面氧化层厚度为0.4～0.6mm,平直度为3～5mm/m,钢板的组织性能改善明显。特厚钢板辊式淬火机在温度均匀性、表面质量、淬火板形和组织性能等方面全面超越水槽式淬火。220mm厚高强钢按开发的淬火工艺经辊式淬火后，钢板头部、中部和尾部在1/4和1/2厚度处，组织均为马氏体，钢板沿厚度方向与长度方向的组织均匀性和性能稳定性良好，厚向截面效应现象不明显。 本论文针对特厚钢板射流淬火组织性能演化规律及淬火工艺技术的研究实现了工业应用，取得了较好的效果，支撑了国际首台套300mm级大单重、大断面特种钢板辊式淬火机的研发，实现了高等级海工用钢、临氢化工用钢、水电核电用钢、特种军工钢等特厚钢板产品高质量、稳定生产，经济和社会效益显著。相关结论作为研究成果之一获得2019年中国冶金科学技术二等奖和2019年河北省科学技术一等奖。
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