一種大型支承輥淬火時的加熱方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬熱處理技術領域，涉及大直徑親/軸/棒類零件的渾火熱處理方 法，特別涉及一種大型支承親渾火時的加熱方法。
【背景技術】
[0002] 社親是社鋼生產的主要工具，其親面一般都要經過渾火硬化處理，目的是提高親 面耐磨性能，延長社親使用壽命，同時改善鋼板表面社制質量。對大型支承親來說，能實現 深度渾火意義十分重大。目前，提高社親渾硬層深度的方法主要有；（1)合金化法，即通過 添加化、Mo、Mn等合金元素，提高社親材料本身的渾透性來增加渾硬層深度；（2)強烈冷卻， 通過改進渾火介質、加強對流攬拌等措施，W在親面內更深處獲得足夠高的冷卻速度，從而 在深層得到馬氏體或貝氏體的渾火組織；（3)不穿透式加熱，即僅加熱零件表層需要渾硬 的深度范圍，減小渾火工件的熱容量，強化后續冷卻效果，從而增大渾硬層深度。從目前國 內外大型支承親制造技術現狀來看，支承親材質已發展到5%Cr水平，繼續增加高渾透性合 金元素往往導致親逐的可鍛性降低；在冷卻技術方面，過度強烈的冷卻則往往導致親逐的 渾火開裂風險增大。鑒于此，開發新的加熱技術和方法則成為實現大型支承親深度渾火的 一條主要途徑。
[0003]在大型支承親加熱方面，目前現有的先進的不穿透式加熱技術有；（1)差溫加熱， 如我國專利CN101698902A"整體鑄鋼支承親渾火方法"所述，由于僅加熱親身而且是不穿 透式，加熱效率比整體加熱有所提高。目前差溫爐處理的支承親渾硬深度可達60~80mm， 但差溫加熱的熱量需要從工件表面向內部逐步傳遞，工件加熱內外溫差大、時間長，導致社 親渾硬層硬度降大，影響社親工作穩定性；（2)感應加熱，具有加熱速度快、穿透深度大等 特點，受交變電流"集膚效應"的影響，親逐表層(集膚層）加熱溫度均勻性有所提高，但由 于工頻50化時高溫鋼逐表層感應電流集膚深度大約為80mm，其內層加熱仍將主要依靠熱 傳導方式來進行，社親加熱徑向深度及溫度均勻性必然受到限制。感應加熱渾火如專利 CN101328533 "冷社工作親棒形整體感應加熱渾火裝置"所述。因此，無論是差溫加熱還是 感應加熱要在短時間內實現超過80mmW上深度的均勻加熱在實際上仍顯得頗為困難。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中存在的上述不足，本發明提供一種大型支承親渾火時的加熱方 法，使得大型支承親表面獲得溫度更深且更均勻的加熱層，從而使社親在渾火后獲得渾硬 層更深、硬度更均勻且晶粒更細化的高性能的渾硬工作層。
[0005]本發明目的是通過如下技術方案實現的：
[0006] -種大型支承親渾火時的加熱方法，其包括如下階段：
[0007] (I)低溫等溫加熱：在350~450°C下，保溫20~30h;
[0008] (II)中溫不穿透加熱；加熱使社親親身表面溫度升高至750~80(TC，保溫1~ 3h；
[0009] (III)高溫感應加熱；使社親親身表面溫度升高至預定渾火溫度Tq=850~ 1050°C，并保溫 30 ~60min〇
[0010] 具體的：
[0011] 階段（I)低溫等溫加熱：可W在電阻爐內進行低溫長時間保溫，加熱溫度350~ 450°C，保溫 20 ~30h;
[0012] 階段（II)中溫不穿透加熱：可W在電阻爐或差溫爐內進行較短時間的中溫加熱， 加熱溫度750~800°C，保溫1~化，使社親親身表面及親面W下50~100mm深范圍內溫 度在此過程中逐步上升至社親材料的"居里"溫度W上，而社親也部仍基本保持在階段（I) 的溫度水平；
[001引階段（III)高溫感應加熱：可W在高溫感應加熱爐內進行，在1000~2000kW范圍 內逐步升高電源功率，頻率為50化左右，使社親親身表面及表面W下80mm左右深度范圍的 溫度在電磁場作用下迅速升高至預定渾火溫度850~105(TC并保溫30~60min，親面W下 100~150mm深范圍內溫度在此過程也逐步上升至社親材料最低可渾火溫度W上，為后續 冷卻渾火做好了條件準備。
[0014] 優選的，階段（III)所述高溫感應加熱為"加熱一冷卻一加熱"的動態保溫的高溫 感應加熱，即在所述的30~60min保溫過程分為如下步驟：
[0015] (1)Tq下保溫5~lOmin，社親親身表面溫度冷卻至Tcl，加熱使社親親身表面溫 度升高至Tq下保溫5~lOmin;
[0016] (2)社親親身表面溫度冷卻至Tc2,加熱使社親親身表面溫度升高至Tq下保溫5~ lOmin；
[0017] ......
[0018] (n)社親親身表面溫度冷卻至Ten,加熱使社親親身表面溫度升高至Tq下保溫5~ lOmin；
[0019]n為冷卻的次數，取值范圍3~6,A化為每次冷卻溫度Ten與預定渾火溫度Tq 相比的溫降，A化=10 ~100°C，Tq=850 ~1050°C，Tcn=Tq-A化。
[0020] 請參考圖1和2，在本發明中，階段（I)所采用的低溫等溫加熱，可W使社親親身表 面和社親也部溫度充分均勻，為后續對社親親身表面的加熱提供基礎，縮小后續加熱時因 內外存在較大溫差而產生過大的熱應力，但是階段（I)的加熱溫度不宜超過前期的調質回 火溫度，否則社親也部和親軸調質性能就會被破壞，影響社親整體剛度和強度。
[0021] 階段（II)所采用的中溫不穿透加熱，可W僅使社親親身表面W下50~100mm深度 范圍內溫度升高至"居里"溫度之上接近奧氏體相變溫度，而也部仍基本保持在階段（I)的 溫度水平，兩端親軸部分可W通過包裹隔熱棉甚至局部冷卻等保護措施使其溫度不致升高 過多，或者階段（II)轉移至差溫爐中僅對親身段加熱，W免破壞親軸調質性能。階段（II) 所述中溫加熱的溫度在750~80(TC，因為此時電磁集膚效應深度可W迅速增加，但又可避 免晶粒粗化發生。
[0022] 階段（III)采用高溫感應加熱，通過逐步升高電源功率，使親身表面至其W下 80mm左右的深度范圍內的溫度在電磁場作用下快速響應，并隨電源功率的逐步升高而逐步 升高至預定渾火溫度Tq(850~105(TC)并保溫一定時間（30~60min)，保溫過程中親面溫 度不再升高而親內熱量繼續向100~150mm深處傳遞溫度升高至預定渾火溫度Tq(850~ 105(TC)，此階段進行奧氏體化和碳化物固溶處理，為后續冷卻渾火做好準備。優選的，階段 (III)電源功率1000~2000kW，頻率為工頻50化左右，加熱保溫總時間1~化。
[0023]在優選的技術方案中，在階段（III)采取"加熱一冷卻一加熱"的動態保溫的高溫 感應加熱工藝，如圖2所示，即在社親表面被感應加熱到預定渾火溫度Tq后，通過調節加熱 功率使該溫度保持一定時間t(通常只是5~lOmin)，此時社親親身表面由于階段（II)加熱 的影響，溫度已超過"居里"溫度，電磁集膚效應深度迅速增大，社親親身表面較深范圍內的 溫度隨之迅速升高；隨后又通過降低加熱功率或者停止加熱的方式冷卻親面(在爐冷卻或 其它強制冷卻)，使社親親身表面溫度有一定降低至Tcl，避免社親親身表面慣性過熱，同時 次表層仍處于較高溫度狀態，熱量在此期間向內層深處(包括向外）繼續擴散，提高了徑向 加熱深度與溫度均勻性；隨后再次加熱使社親親身表面溫度至Tq，再保溫、再冷卻，……，女口 此反復，W至親身表層較深范圍得到均勻加熱而也部仍保持在調質溫度W下的較低溫度。 且動態加熱增大了奧氏體的形核幾率，細化了渾火前的奧氏體原始晶粒。且每次加熱的上 限溫度可W比常規恒溫保溫時的預定渾火溫度Tq有所提高，W實現高溫渾火效果，該是因 為動態保溫時社親處于上限溫度的累計時間比恒溫保溫大為縮短因而不必擔也出現晶粒 粗大問題。每次降溫A化可W相同也可W逐步減小，W逐漸逼近所要求的出爐溫度。保溫 過程溫度-時間曲線呈銀齒形、波浪形或其它更復雜形式。
[0024] 該樣，支承親親身表面加熱深度大（100~150mm)、加熱層內外溫差小（50~locrc)，且加熱層處于高溫狀態的時間短（0. 5~比），社親表層奧氏體化晶粒細小，為最終 獲得硬度均勻且晶粒細化的馬氏體或貝氏體組織奠定了基礎。
[00巧]本發明的技術方案的特征是采用上述H階段復合式加熱方法，使低溫等溫加熱、 中溫不穿透加熱和高溫感應加熱有機結合在一起，發揮各種加熱方法的優勢作用，避免了 單獨加熱時各自的不足之處，使支承親工作層的渾火質量得到提高，同時節能降耗。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明所述的大型支承親渾火時的加熱方法與傳統的加熱方法的溫度 (T)-時間（t)變化示意圖；圖中實線為本發明的H段式加熱方法，虛線為傳統的兩段式加 熱方法。
[0027] 圖2為本發明所述大型支承親渾火時的加熱方法的階段（III)的溫度（T)-時間 (t)變化示意圖；圖中實線為優選的動態保溫的高溫感應加熱方式，虛線為恒溫保溫的高溫 感應加熱方式。
[002引圖3為實施例1所述加熱方法的流程圖。
[0029] 圖4為實施例2所述加熱方法的流程圖。
[0030] 圖5為實施例3所述加熱方法階段（III)的流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例和說明書附圖對本發明作進一步描述。實施例中的支承親為親身 直徑在1600mm左右的大型支承親，材質為5%Cr級別的支承親用鋼。
[0032]本發明實施例中使用的設備信息見下表：
[0033]
【主權項】
1. 一種大型支承輥淬火時的加熱方法，其特征在于包括如下階段： (I) 低溫等溫加熱：在350~450°C下，保溫20~30h ; (II) 中溫不穿透加熱：加熱使軋輥輥身表面溫度升高至750~800°C，保溫1~3h ; (III) 高溫感應加熱：使軋輥輥身表面溫度升高至預定淬火溫度Tq=850~1050°C，并 保溫30~60min。
2. 如權利要求1所述的大型支承輥淬火時的加熱方法，其特征在于：階段（III)所述的 保溫30~60min采用動態保溫的高溫感應加熱工藝，具體為： (1)Tq保溫5~lOmin，軋輥輥身表面溫度冷卻至Tcl，加熱使軋輥輥身表面溫度升高 至Tq保溫5~IOmin ; (2) 軋輥輥身表面溫度冷卻至Tc2,加熱使軋輥輥身表面溫度升高至Tq保溫5~ IOmin； (n)軋輥輥身表面溫度冷卻至Ten，加熱使軋輥輥身表面溫度升高至Tq保溫5~ IOmin； Tcn=Tq - A Tn，A Tn=IO~100。。，n=3~6。
【專利摘要】本發明涉及一種大型支承輥淬火時的加熱方法，其包括（I）低溫等溫加熱、（II）中溫不穿透加熱和（III）高溫感應加熱三個階段，且在階段（III）還可以采用“加熱-冷卻-加熱”的動態保溫的高溫感應加熱工藝，提高了支承輥的加熱質量以及淬火質量。具有加熱深度大、加熱溫度均勻、組織細化等優點，適于大型輥、軸、棒等工件的深度淬火熱處理，推廣應用前景廣闊。
【IPC分類】C21D1-06, C21D9-38
【公開號】CN104775009
【申請號】CN201410016146
【發明人】溫宏權, 吳存有, 王建剛, 孫大樂
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年1月14日