专利名称：冷却因轧制而为热态的钢的截面的方法
技术领域：
本发明是关于冷却因轧制而处于热态的钢的截面的方法，该法借助在轧制过程后的急冷而形成马氏体表面层，然后借助芯部的热使此表面层自回火，从而得到带有残留奥氏体的截面的坚韧的组织。
某些类型的钢，尤其是所谓高级的钢，由于其中所含的合金元素和其它适宜元素的缘故，转变非常之慢，所述的合金元素，比如包括Cr、Mn、Mo、Ni。换言之，热变形后自奥氏体向铁素体或珠光体的转变仅在600°-750℃的适宜的温度区间中长时间保温后方会发生。
若不使这些钢故意缓慢地，有时超过数天地冷却，然后不在适当的转变温度下保温，则在进一步冷却时仍保留有奥氏体，而在到达马氏体起始温度后，它将直接转变成高硬度的马氏体。这种情况主要在直径小于100mm的钢中在空气中的冷床上转变后的冷却过程中发生的。这就是为何这些钢还被称为空气淬硬钢的原因。
除了含，比如，13-17％的Cr、Mo、Ni及可能加入的其它辅助元素、含量为0.2-0.6％的碳的不锈可热处理钢外，属于此组的钢还有工具钢(如56NiCrMoV7)及高级结构钢领域中的特种结构钢(如，45CrMoV67)。这些钢有高的可硬化性，这就是为何认为这些钢属于空气淬硬钢的原因。
若将有上述化学成份的钢急冷，结果就能变成马氏体，于是得到一种硬而脆的转变组织，这种组织可能在后续的处理过程中出现应力裂纹和脆性断裂。因此，在本技术领域中公知的是，在转变过程之后，尽快地将属于这组所谓的空气淬硬钢的钢运往可保证明显延缓冷却的特殊装置中。为了在转变之后将大量的轧材集成堆，并在保温设备装满后进行有时可能延续数目的特意的冷却，最好使用保温罩，带有加热装置的保温坑及类似的装置。这意味着必须满足基本的技术要求，如，迅速在冷却床上运送或在冷却床前分别的横向运输，以及意味着，必须在轧机区域中设置绝热装置和加热保护装置、热截断装置，附助的辊式运输机及特别是保温装置本身。
因此本发明的主要目的在于避免上述的非常昂贵的技术需求，同时保证在热转变和冷却至室温后，可制成空气淬硬钢，该钢可在其无裂纹和断裂的状态下，及在适于进一步加工的条件下被进一步使用。
按照本发明，在热轧过程后借助使因轧制而处于热态的钢的截面急冷而冷却，从而形成马氏体表面层，然后通过芯部的热使此表面层回火，从而得到带有保留了奥氏体的截面的这种方法用于这样一类钢上该类钢由于其中的选自Cr、Mn、Mo、Ni的合金元素及其它的适宜的元素，所以通过不经控制的空冷就会直接自奥氏体相转变为马氏体。
这种因轧制而处于热态的产品在变形过程后经一水冷段后被直接送走，其中薄的表面层以马氏体转变的方式被急冷。在自该冷却段中出来之后，此马氏体表面层由于成堆的该轧制品的残热而自回火，从而产生非常坚韧的而且能承复高拉伸的表面层，其中该表面层防止了在仍存有的奥氏体进一步转变成马氏体的过程中的裂纹和断裂形式的缺陷。
具有大于20kw/m2/k，最好最高为80kw/m2/k的热传输系数α的急冷是可取的。
本发明的重大优点在于使这组空气淬硬钢的钢中无需现有技术的极长的延迟而必需的复杂装置。这表明此冷却过程效率明显改进并因缩短了此冷却时间而提高了生产率。
根据本发明的进一步发展，为形成该马氏体表面层，在设置于轧机系列之后的水冷段中进行该急冷，该冷却以动态重结晶后由预定的起始温度精确限定的温度开始冷却，然后以可由对比试验所预定的冷却规范冷却到确定的温度。
此法的扩展进一步有利地使得该钢的截面的冷却过程在该马氏体表面层回火后开始结束、该钢的截面经其它的处理设备传送后被储存起来，仅在较后时用户需要的时刻以特别选定的热处理将其转变成用户规定的交货组织。
这是非常有益的，因为不同的组织状态及硬化程度，即按以后使用所确定的性能，可以用同类型的钢、按使用目的，如，弹簧钢，切削用钢、结构钢等产生。
符合本发明的方法的进一步发展得以用轧材的条按规定顺序产生局部的长度，将此局部长度在低于碳化物可能析出的温度下集成捆，再以小于1K/分的冷却速度使此局部长度冷却，然后在仍然存在的奥氏体转变时，进行向自回火马氏体的低应力转变。
在此冷却过程之后，该钢可经过为低合金钢和非合金钢所设的设备，以便进一步处理成交货所需的规定状态。这一优点在于为此目的不再需要另外的昂贵的辅助装置。冷至室温的这种钢可在后续的处理步骤中进行常规的硬化，而不产生应力裂纹或材料断裂。
冷却因轧制而处于热态的，被称为空气淬硬钢的，含选自Cr、Mn、Mo、Ni，V的合金元素及其它适宜元素的钢的截面的此方法最适于在直径小于100mm的圆形材料上使用。
使本发明具有特色的各种新颖的特点被在所附的权利要求中的，而且构成本发明的一部分的特殊性所指明。为更好地理解本发明，其运行的优点，用其所达到的特定目的，将必需参阅附图
及陈述的内容，其中有本发明的被说明的和被陈述的实施方案。
该单一的附图是展示空气淬硬钢的温度和冷却时间之间关系的曲线。
该图中的曲线以表面层1、芯部区2及平均温度3的温度曲线展示了空气淬硬钢的温度和冷却时间之间的关系。
该曲线相应于符合本发明的样品的热处理，而且该处理是用直径为62mm、化学成份为C＝0.40％、Mn＝1.45％、Cr＝2.0％、Mo＝0.2％的圆形截面的试样进行的。该表面层的马氏体转变是以Tw＝30℃的冷却强度及速度V＝1.13米/秒的条件通过水冷段进行的。
该试样以约960℃的轧制温度离开轧机机架。此时该试样已进入冷却段，动态重结晶已完全结束。
此试样的急冷在此冷却段中于第14秒时开始，其中表面温度(1)在约2秒的时间内从920℃冷到200℃，然后再于第15秒和第23秒之间冷到约70℃。
芯部温度(2)的下降则慢得多，而且在第35秒时为约870℃，在第80秒时为约640℃。
从第14秒到第23秒，平均温度(3)从940℃降到640℃，然后大致稳定地降到约620℃。
离开此冷却段后，表面层的温度(1)由于来自芯部的热，结果按指数函数关系迅速上升，然后在第80秒时达到约610℃。由于该表面层中的回火过程，结果形成了非常坚韧的表面层，其中此坚韧的表面层象一种保护层包围着开始仍存在的奥氏体的截面，而且防止材料在后续的残余奥氏体转变成马氏体时出现诸如裂纹或断裂之类的损坏。
本发明的方法不复杂，而且只需要对空气淬硬钢可精确重现的及受控的加速冷却，而不需要用于有效延迟的复杂装置，对于空气淬硬钢而言，过去是需要这种设备的。因此上述的本发明的目的就以最佳方式达到了。
虽然展示了和详细描述了本发明的特定的实施方案，从而解释了本发明的原则，但可以理解的是，只要不违背此原则就可实现本发明。
权利要求
1.在冷却因轧制过程中的轧制而处于热态的钢的截面的方法中，该法包括在轧制过程后进行急冷，从而使马氏体表面层得以形成，然后借助芯部的热使该表面层回火而成为坚韧的带有残留奥氏体的截面的组织，其改进包括在这样一类钢中进行此方法该钢由于选自Cr、Mn、Mo、Ni的合金元素及其它的适宜的元素，所以在经不经控制的冷却时在空气中直接从奥氏体相转变成马氏体。
2.权利要求1的方法，它包括进行急冷，而没有在为受控冷却而设置的装置中的，受控冷却步骤中的相当大的延迟。
3.权利要求1的方法，它包括在设置在轧机列之后的水冷段中进行形成马氏体表面层的急冷，该急冷在动态重结晶后，由预定的开始温度所精确限定的温度开始冷却，按可由对比试验预定的冷却规范冷却到一确定的温度。
4.权利要求3的方法，它包括以大于20kw/m2/k的热传输系数α进行此急冷。
5.权利要求3的方法，它包括以最多为80kw/m2/k的热传输系数α进行此急冷。
6.权利要求1的方法，它包括在使钢截面的该马氏体表面层回火后开始结束其冷却过程，将此钢截面经辅助的处理设备运走，然后储存此截面，及按特定的规程进行热处理以产生合乎要求的组织。
7.权利要求6的方法，它包括按特定的规程用轧材产生预定的长度，在低于碳化物可能析出的温度下将此局部的长度集成堆，再以小于1k/分的冷却速度使此局部长度冷却及通过低应力转变进行仍存在的奥氏体向自回火马氏体的转变。
8.权利要求6的方法，它还包括在此冷却过程后使此钢截面通过为低合金和/或非合金钢而设的，用于进一步处理成最终状态的设备。
9.权利要求1的方法，其中该钢的截面是空气淬硬钢的截面，它具有小于100mm的直径。
全文摘要
一种冷却因轧制而处于热态的钢的截面方法,它包括借助轧制过程后的急冷以形成马氏体表面层,然后借助于芯部的热使此表面层自回火而得到带有残留了奥氏体截面,其中该法用在这样一类钢上:它通过不经控制的空气冷却可直接从奥氏体相转变成马氏体,这是由于其选自Cr、Mn、Mo、Ni的合金元素和其它的适宜的元素所致。
文档编号B21B45/02GK1172858SQ9710958
公开日1998年2月11日 申请日期1997年3月30日 优先权日1996年3月30日
发明者M·迈尔, R·科尔曼 申请人:Sms舒路曼-斯玛公司