一种快速高效的真空热轧渗金属方法与流程

本发明属金属板料加工成型领域，具体涉及一种快速高效的真空热轧渗金属方法。

背景技术：

现有技术中通常采用化学方法、物理方法改变材料表面的成分或组织以提高材料的表面性能，主要的方法有：表面淬火、表面形变强化以及表面化学热处理。表面形变强化一般采用喷丸或表面辊压技术处理使工件表面达到强化的目的；而表面化学热处理是将工件放入一定的活性介质中，经加热保温后介质的活性原子渗入工件表层，从而达到改变工件表面的成分、组织及性能的目的。目前材料表面改性主要的方法为等离子渗金属，通过对源极材料、试样施加电压，待其起辉后轰击，经过一定时间，试样表面得到渗金属的新相。由于表面处理方法时间长，能耗高，生产设备的能力限制致使产品有效生成效率低，生产成本较高。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种快速高效的真空热轧渗金属方法,得到表面渗铬，高硬度、高耐磨性的高性能碳钢，可以有效克服现有技术存在的缺点。

本发明是这样实现的，其特征在于加工步骤为：

1.取设定尺寸的不同金属板材做基板与覆板，其中一种板材为含铬较高的金属，使其在热轧工序中作为向碳钢表面渗铬的金属源；

2.将基覆板坯料表面处理平整干净，使其露出新鲜金属后交叉排列固定，周围焊合并由预留的抽真空管抽真空后密封制成坯料；

3.将按上述方法制成的复合板坯加热至1200℃，保温一定时间待其温度均匀后根据设定压下量进行热轧成型；

4.压下率在20％-30％之间，不锈钢中铬原子即可向碳钢扩散，碳钢表面获得含铬碳化物；

5.高温热轧后含铬较高的金属中铬原子向碳钢表面充分扩散，温度降至800℃附近迅速冷却，碳钢表面渗铬层与周围金属物理性质差异巨大，激冷产生的应力使冶金结合的复合板自然分离，得到表面渗铬，高硬度、高耐磨性的碳钢。

双层辉光等离子表面渗金属技术是目前所有表面合金化工艺技术中渗合金元素方法最常用的一种技术，渗铬、镍时高电压要在540-980v之间，渗金属反应时间需要8小时；本申请的热轧渗金属法渗铬所需时间仅为5分钟，并且对试样尺寸要求范围广，只要在轧机宽度范围内，可轧制无限长度的渗金属板材。

本发明的有益效果：

与传统方法相比较，本发明通过热轧渗铬有以下优点：(1)加工设备简单，方法简便易操作；(2)整个生产过程效率高，实现了获得碳钢表面渗铬的短流程方法；(3)适用于大面积板材的批量生产，且能耗低、为无污染的绿色冶金工艺；(4)将热轧过程和表面渗金属处理过程同时进行，大大提高了生产效率，还节省了能耗。

附图说明

图1(a)为实施例1热轧后复合板结合界面铬元素扩散生成新相的金相组织，图1(b)为实施例1热轧后复合板结合界面的成分分析；

图2(a)为实施例1压下率20％的碳钢表面组织，图2(b)和图2(c)分别是对应点1和2的成分分析；

图3(a)为实施例2压下率30％的碳钢表面组织，图3(b)和图3(c)分别是对应点1和2的成分分析；

图4为对比例1压下率10％的碳钢表面组织。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

现用q235普碳钢与304不锈钢板，生产热轧不锈钢复合板坯料为例。

选取厚度为5mm的q235钢板为基板，具体成分：c(0.1％),si(0.3％),mn(0.5％),s(0.03％)andfe(bal.)；3mm厚的304不锈钢为覆板，具体成分：c(0.03％)，si(0.43％)，mn(1.21％)，cr(18.23％)，ni(8.03％)andfe(bal.)；具体加工步骤为：

1.含铬较高的304奥氏体不锈钢板向q235碳钢表面渗铬；

2.将碳钢、不锈钢坯料表面处理平整干净，按一定顺序摆放固定好，将其周围焊合并抽真空密封制成坯料；

3.将复合板试样由室温加热至1200℃，保温半小时，使整个坯料温度均匀；

4.设定压下率在20％以上，高温热轧后碳钢表面与不锈钢紧密接触，渗铬层更加均匀，820-830℃时，碳钢表面渗铬后共析反应生成碳化物新相m7c3，其厚度约为4μm，低碳钢表面原体心立方结构的铁素体变为复杂六方的碳化物；

5.热轧后复合板温度降至750-800℃迅速水冷，碳钢表面渗铬后生成新相与不锈钢物理性质差异巨大，碳钢与不锈钢自然分离；之后沿复合板边缘将其锯开，得到表面含铬碳化物，高硬度、高耐磨性的碳钢板。对碳钢进行硬度检测，碳钢表面硬度较基体提高20％左右。

实施例1

按上述方法对碳钢/不锈钢真空板坯进行热轧处理。复合板出炉温度为1200℃，一道次轧制压下率20％，待铬原子充分扩散，共析出含铬碳化物m7c3相后，在800℃迅速冷却；锯开复合板边缘，得到表面含有铬的高硬度、高耐磨性的碳钢板。图1(a)(b)分别为热轧后复合板结合界面铬元素扩散生成新相的金相组织及成分分析；图2为表面含铬的高硬度耐磨层碳钢板的组织结构和成分分析。碳钢基体显微维氏硬度约为153hv，渗铬后碳钢表面硬度约为183hv。

实施例2

按上述方法对碳钢/不锈钢真空板坯进行热轧处理。复合板出炉温度为1200℃，一道次轧制压下率30％，待铬原子充分扩散，共析出碳化物m7c3相后，780℃迅速冷却；将复合板锯开，得到含铬高硬度耐磨层的碳钢板，结果见说明书附图3。碳钢基体显微维氏硬度约为162hv，渗铬后碳钢表面硬度约为195hv。

对比例1

采用实施例1的材料和方法，热轧渗金属法渗铬过程中，轧制压下率为10％，碳钢表面渗铬效果参见图4。可见，外观光滑平整的板材微观表面凹凸不均，不锈钢板和碳钢板接触不均匀，影响碳钢表面渗铬效果，渗铬效果不均匀，硬度较小。