[发明专利]钢材热处理方法及系统有效

专利信息
申请号: 201810008227.9 申请日: 2018-01-04
公开(公告)号: CN110004272B 公开(公告)日: 2021-08-24
发明(设计)人: 孙嘉宏 申请(专利权)人: 梧州三条钢带制品有限公司
主分类号: C21D1/18 分类号: C21D1/18;C21D1/63;C21D7/13;C21D1/78;C21D1/74
代理公司: 北京律诚同业知识产权代理有限公司 11006 代理人: 王玉双;李岩
地址: 543002 广西壮族自治*** 国省代码: 广西;45
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摘要:
搜索关键词: 钢材 热处理 方法 系统
【说明书】:

不同于现有的渗碳淬火工艺无法显著提升钢件表层的马氏体结构的面积分率,本发明特别将一预热装置、一加热炉、一淬火装置、一热压平装置、一回火炉、与一风冷管装置组成一种钢材热处理系统的基础架构。通过预热装置与加热炉的使用,将连续性钢材加热至800~980℃,起到对该连续性钢材的调质硬化作用。同时利用本发明的淬火装置(铅浴炉)对调质过后的连续性钢材进行焠火处理,更能将连续性钢材内部大部分的奥氏体被转态成为马氏体。本发明先行利用热压平装置整平所述连续性钢材,消除连续性钢材因淬火工序而产生的内应力。更特别的是,本发明进一步地利用风冷管装置将连续性钢材的温度降至100℃以下,进而能够显著提升连续性钢材表层的马氏体结构的面积分率。

技术领域

本发明关于应用于金属加工的热处理技术领域,尤指一种钢材热处理方法及系统,用以对一连续性钢材进行调质、淬火、与回火等连续式加工,进而提升所述连续性钢材的硬度。

背景技术

渗碳工艺被使用于把低碳钢加工为高碳钢。具体的做法是将低碳钢工件置入通有渗碳介质(例如:甲烷、乙烷等气体)的一加热环境之中,利用高温加热低碳钢工件的方式使其奥氏体化(Austenite)。值得说明的是,在低碳钢工件的表层转态成奥氏体结构的过程中,渗碳介质所分解出的碳原子会渗入钢件表层,使奥氏体结构中的含碳量增加。此时,因为钢件表面含碳量与心部含碳量出现浓度差,导致表面所吸收的碳原子逐渐向心部扩散。最终,当钢件冷却至常温时,其表层奥氏体化的部分因为掺有碳原子,因此会转变为马氏体(Martensite)结构与Fe3C结构。

相关研究同时发现,改变钢材的加热温度与冷却速度时,可以得到各种不同的组织,并且可以把这些组织维持到常温。因为组织不相同,使得钢材表现出不同的机械性质。因此,对钢材施行适当的加热与冷却处理措施,能够调整它的机械性质。例如,淬火工艺(quenching process),有助于提升钢件的硬度与耐磨性。进一步地,后续的研究更发现,在奥氏体转态为马氏体的过程中会同时残留应力于钢材表层;因此,若在钢件完成淬火工艺之后接着进行回火(Tempering),则有助于将残留的奥氏体转态为马氏体,并消除淬火时所产生的应力。值得说明的是,残留的奥氏体又被称为贝氏体(Pearlite)。

中国专利号公开号:CN102345132A对传统渗碳工艺、淬火工艺与回火工艺进行了改善,而后发表了一种渗碳淬火方法,包括以下工艺工序:

(A)加热工序:将一钢件加热到1050℃~1350℃的处理温度;

(B)渗碳工序:将所述钢件保持在所述处理温度,而后通入渗碳介质使得所述钢件表层渗入的碳浓度在0.6wt%以下;

(C)一次淬火工序:降温到规定的淬火温度进行淬火;

(D)保温工序:把一次淬火工序后的钢件保持在1000℃以下;

(E)二次淬火工序:在所述保温工序后进行淬火。

中国专利号公开号:CN102345132A宣称其设计上述5个工艺工序的主要目的在于缩短渗碳处理的工艺时间;同时,利用此5个工艺工序完成热处理的钢件会特别具有优良的机械性质与表层硬度。然而,本案的发明人根据从事钢材加工的多年实务经验发现,中国专利号公开号:CN102345132A所揭示的渗碳淬火方法具有以下几个实务应用上的缺陷:

(1)5个工艺工序虽然可以缩短渗碳处理的工艺时间,然而钢件的含碳量却反而被限制在0.6wt%以下,导致钢件半成品在加工成品的应用面之上受到了限制;

(2)二次淬火工序虽然可以把部分的贝氏体(Pearlite)转变为细微贝氏体(FinePearlite),但是并无法显著提升钢件表层的马氏体结构的面积分率,因此实际上对于钢件的表层硬度的提升效果有限。

发明内容

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