專利名稱:結構鋼的高強韌化熱處理工藝及設備的制作方法
本發明屬于結構鋼的熱處理工藝及設備。
目前結構鋼材和鋼制機械零件的強韌化熱處理工藝，大多沿用傳統的淬火后高溫回火工藝，因為高溫回火而損失了馬氏體的強化效果，使結構鋼的潛在性能未能充分利用。
近年來試圖直接利用馬氏體強化效果的努力，使雙相鋼和復相熱處理工藝先后出現。前者馬氏體的相對含量僅在20%以下，后者也正處于探索階段，尚未發現明確的工藝及效果。
本發明利用裂紋擴展理論的觀點，提出用韌化相(鐵素體)包圍強化相(馬氏體)的“相中相”分布關系來引導裂紋沿著相界面擴展為封閉裂紋，要繼續擴展就必須穿越韌化相而消耗比沿相界面繞過韌化相較大的能量才能斷裂，斷裂阻力取決于韌化相本身抗裂紋的擴展能力，從而可以更有效地提高鋼的韌性。
基于上述設想所設計的高強韌化熱處理工藝，其特征在于使原始組織為鐵素體和珠光體的結構鋼件，先經完全奧氏體化加熱至Ac3以上20～30℃(必要時可提高至過熱溫度以下的任一溫度)淬火后，用不完全奧氏體化再加熱至Ac3以下10～50℃淬火來代替高溫回火。可以得到一種由鐵素體基體上均勻分布著含量達50～90%馬氏體的顯微組織代替傳統的索氏體組織。
下面，用附圖和表對本發明工藝作進一步的解釋圖1是“相中相”(韌化相1中的強化相2)的分布關系促成封閉裂紋原理示意圖;
圖2是鐵素鐵包圍著馬氏體的金相組織照片;
圖3是鐵素體和馬氏體的TEM照片;
圖4是韌窩狀斷口的SEM照片;
圖5是封閉裂紋(黑色部份)的SEM照片;
圖6是鍍鎳斷口對應顯微組織的SEM照片。
附表是16Mn鋼在新工藝和傳統工藝下的力學性能對比。
本研究對16Mn鋼采用新工藝實現了圖1的設想，獲得了如圖2、圖3的顯微組織，達到了附表中所示的顯著提高可用強度的目的。并且取得了如圖4、圖5、圖6的斷口及其對應顯微組織照片，從而證實了圖1設想的正確性及附表中性能的可靠性。
附表
按本發明的高強韌化熱處理工藝所設計的高強韌化中頻感應熱處理設備如圖7所示。
目前結構鋼材和鋼制機械零件的強韌化熱處理傳統設備，大多沿用傳統的奧氏體化淬火和高溫回火工藝，由加熱爐、淬火裝置和高溫回火爐順序構成。
而按本發明的高強韌化熱處理工藝所設計的高強韌化中頻感應熱處理設備是由加熱爐和淬火裝置構成，其特點是在上述淬火裝置后面還包括有再加熱爐和淬火裝置。而且上述設備中的加熱爐和再加熱爐之間可以構成同步溫差感應電爐而共用一套可控硅中頻感應電源。上述兩組加熱電爐的溫度相差80～100℃。
采用上述設備實現本發明的工藝作法如下工件在水平傳動架1上與感應電爐作相對地單向旋轉和移動，使工件先經感應加熱電爐2加熱到完全奧氏體化溫度Ac3以上20～30℃(必要時可提高到過熱溫度以下任一溫度)，隨后進入第一套噴水淬火裝置3淬火至200℃左右(此溫度防淬裂和促干燥的作用)，再進入再加熱感應電爐4加熱至Ac3以下10～50℃后，進入第二套噴水淬火裝置5淬火至200℃左右，全過程可以同時在同一長工件上依次連續進行。通過自動控溫系統6和中頻感應電源7來調整和控制再加熱感應電爐的加熱溫度來控制結構鋼的綜合力學性能。
近期開發的利用軋制余熱直接淬火的在線強韌化熱處理生產線，也是沿用傳統的淬火和高溫回火工藝。由均整機后淬火裝置和高溫回火爐聯合構成。
而按本發明的高強韌化熱處理工藝所設計的在線高強韌化生產線，以φ140自動軋管機組熱軋生產線(圖8)為例，由均整機后淬火裝置和再加熱爐構成，其特征在在上述裝置后還包括有一個機械化淬火槽。
采用上述設備后，實現本發明的工藝作法如下在現有熱軋生產線上，利用軋制余熱，使均整機的終軋溫度控制是在Ac3以上20℃至過熱溫度以下，在均整機1后的噴水淬火裝置2中進行直接淬火后，經再加熱爐3加熱至Ac3以下10～50℃，用減徑機4代替定徑機5進行定徑后經機械化淬火槽6淬火后，從原有的定徑線輥道7送冷卻臺8按常規進行。
按本發明的高強韌化熱處理工藝所設計或改造的連續機組，也可以采用奧氏體化再加熱爐取代回火爐，并在爐后增設一套淬火裝置。
本發明的高強韌化熱處理工藝及專用熱處理設備和“在線高強韌化”生產線均適用于生產非焊接使用和300℃以下使用的鋼材(如鋼管、鋼筋等)和鋼制零件(如軸、連桿、螺栓、彈簧等)的性能要求。
本發明對充分發揮結構鋼的性能潛力，節約鋼材，降低鋼構件重量及動力能耗極為有益。
權利要求
1.一種結構鋼的高強韌化熱處理工藝，其特征在于將原始組織為鐵素體和珠光體的亞共析鋼先加熱到Ac3以上20～30℃(必要時可提高到過熱溫度以下任一溫度)淬火后，再加熱到Ac3以下10～50℃淬火。
2.一種結構鋼的高強韌化熱處理工藝，其特征在于對原始組織為球狀珠光體或回火索氏體的亞共析鋼，只需進行Ac3以下10～50℃加熱后淬火。
3.按照權利要求
1、2所述的高強韌化熱處理工藝，其特征在于隨后再進行一次不超過300℃的低溫回火。
4.一種結構鋼的高強韌化熱處理設備，是由加熱爐和淬火裝置構成，其特征在于在上述裝置后面還包括有再加熱爐和淬火裝置。
5.如權利要求
4規定的設備，其特征在于上述設備中的加熱爐和再加熱爐之間，可以組成同步溫差感應電爐而共用一套可控硅中頻感應電源。
專利摘要
結構鋼的高強韌化熱處理工藝的特點是使原始組織為鐵素體和珠光體的亞共析鋼先加熱到Ac本發明的設備是由加熱爐和淬火裝置構成，上述裝置后面還包括有再加熱爐和淬火裝置。
文檔編號C21D1/667GK85100648SQ85100648
公開日1986年3月10日 申請日期1985年4月1日
發明者謝綿全 申請人:鞍山鋼鐵公司, 鞍山鋼鐵公司無縫鋼管廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan