专利名称:结构钢的高强韧化热处理工艺及设备的制作方法
本发明属于结构钢的热处理工艺及设备。
目前结构钢材和钢制机械零件的强韧化热处理工艺，大多沿用传统的淬火后高温回火工艺，因为高温回火而损失了马氏体的强化效果，使结构钢的潜在性能未能充分利用。
近年来试图直接利用马氏体强化效果的努力，使双相钢和复相热处理工艺先后出现。前者马氏体的相对含量仅在20%以下，后者也正处于探索阶段，尚未发现明确的工艺及效果。
本发明利用裂纹扩展理论的观点，提出用韧化相(铁素体)包围强化相(马氏体)的“相中相”分布关系来引导裂纹沿着相界面扩展为封闭裂纹，要继续扩展就必须穿越韧化相而消耗比沿相界面绕过韧化相较大的能量才能断裂，断裂阻力取决于韧化相本身抗裂纹的扩展能力，从而可以更有效地提高钢的韧性。
基于上述设想所设计的高强韧化热处理工艺，其特征在于使原始组织为铁素体和珠光体的结构钢件，先经完全奥氏体化加热至Ac3以上20～30℃(必要时可提高至过热温度以下的任一温度)淬火后，用不完全奥氏体化再加热至Ac3以下10～50℃淬火来代替高温回火。可以得到一种由铁素体基体上均匀分布着含量达50～90%马氏体的显微组织代替传统的索氏体组织。
下面，用附图和表对本发明工艺作进一步的解释图1是“相中相”(韧化相1中的强化相2)的分布关系促成封闭裂纹原理示意图;
图2是铁素铁包围着马氏体的金相组织照片;
图3是铁素体和马氏体的TEM照片;
图4是韧窝状断口的SEM照片;
图5是封闭裂纹(黑色部份)的SEM照片;
图6是镀镍断口对应显微组织的SEM照片。
附表是16Mn钢在新工艺和传统工艺下的力学性能对比。
本研究对16Mn钢采用新工艺实现了图1的设想，获得了如图2、图3的显微组织，达到了附表中所示的显著提高可用强度的目的。并且取得了如图4、图5、图6的断口及其对应显微组织照片，从而证实了图1设想的正确性及附表中性能的可靠性。
附表
按本发明的高强韧化热处理工艺所设计的高强韧化中频感应热处理设备如图7所示。
目前结构钢材和钢制机械零件的强韧化热处理传统设备，大多沿用传统的奥氏体化淬火和高温回火工艺，由加热炉、淬火装置和高温回火炉顺序构成。
而按本发明的高强韧化热处理工艺所设计的高强韧化中频感应热处理设备是由加热炉和淬火装置构成，其特点是在上述淬火装置后面还包括有再加热炉和淬火装置。而且上述设备中的加热炉和再加热炉之间可以构成同步温差感应电炉而共用一套可控硅中频感应电源。上述两组加热电炉的温度相差80～100℃。
采用上述设备实现本发明的工艺作法如下工件在水平传动架1上与感应电炉作相对地单向旋转和移动，使工件先经感应加热电炉2加热到完全奥氏体化温度Ac3以上20～30℃(必要时可提高到过热温度以下任一温度)，随后进入第一套喷水淬火装置3淬火至200℃左右(此温度防淬裂和促干燥的作用)，再进入再加热感应电炉4加热至Ac3以下10～50℃后，进入第二套喷水淬火装置5淬火至200℃左右，全过程可以同时在同一长工件上依次连续进行。通过自动控温系统6和中频感应电源7来调整和控制再加热感应电炉的加热温度来控制结构钢的综合力学性能。
近期开发的利用轧制余热直接淬火的在线强韧化热处理生产线，也是沿用传统的淬火和高温回火工艺。由均整机后淬火装置和高温回火炉联合构成。
而按本发明的高强韧化热处理工艺所设计的在线高强韧化生产线，以φ140自动轧管机组热轧生产线(图8)为例，由均整机后淬火装置和再加热炉构成，其特征在在上述装置后还包括有一个机械化淬火槽。
采用上述设备后，实现本发明的工艺作法如下在现有热轧生产线上，利用轧制余热，使均整机的终轧温度控制是在Ac3以上20℃至过热温度以下，在均整机1后的喷水淬火装置2中进行直接淬火后，经再加热炉3加热至Ac3以下10～50℃，用减径机4代替定径机5进行定径后经机械化淬火槽6淬火后，从原有的定径线辊道7送冷却台8按常规进行。
按本发明的高强韧化热处理工艺所设计或改造的连续机组，也可以采用奥氏体化再加热炉取代回火炉，并在炉后增设一套淬火装置。
本发明的高强韧化热处理工艺及专用热处理设备和“在线高强韧化”生产线均适用于生产非焊接使用和300℃以下使用的钢材(如钢管、钢筋等)和钢制零件(如轴、连杆、螺栓、弹簧等)的性能要求。
本发明对充分发挥结构钢的性能潜力，节约钢材，降低钢构件重量及动力能耗极为有益。
权利要求
1.一种结构钢的高强韧化热处理工艺，其特征在于将原始组织为铁素体和珠光体的亚共析钢先加热到Ac3以上20～30℃(必要时可提高到过热温度以下任一温度)淬火后，再加热到Ac3以下10～50℃淬火。
2.一种结构钢的高强韧化热处理工艺，其特征在于对原始组织为球状珠光体或回火索氏体的亚共析钢，只需进行Ac3以下10～50℃加热后淬火。
3.按照权利要求
1、2所述的高强韧化热处理工艺，其特征在于随后再进行一次不超过300℃的低温回火。
4.一种结构钢的高强韧化热处理设备，是由加热炉和淬火装置构成，其特征在于在上述装置后面还包括有再加热炉和淬火装置。
5.如权利要求
4规定的设备，其特征在于上述设备中的加热炉和再加热炉之间，可以组成同步温差感应电炉而共用一套可控硅中频感应电源。
专利摘要
结构钢的高强韧化热处理工艺的特点是使原始组织为铁素体和珠光体的亚共析钢先加热到Ac本发明的设备是由加热炉和淬火装置构成，上述装置后面还包括有再加热炉和淬火装置。
文档编号C21D1/667GK85100648SQ85100648
公开日1986年3月10日 申请日期1985年4月1日
发明者谢绵全 申请人:鞍山钢铁公司, 鞍山钢铁公司无缝钢管厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan