[发明专利]小型钢材热轧后在线磁场热处理方法

说明书

本发明属于黑色金属的热处理领域。主要涉及小型钢材热轧后的在线处热处理。

目前，典型小型钢材的在线热处理采用热轧后穿水冷却的方式，小型材以1050℃左右的终轧温度进入控冷系统，在1.5秒之内剧冷至Ms温度以下。小型材在穿水冷却后进入冷床，此时型材内部的热量向表层传导，产生自回火现象，最终得到不均匀相变组织：外层为贝氏体或回火索氏体，芯部为细化的铁素体和珠光体，由于相变强化和晶粒细化的综合效果，小型材具有较好的综合力学性能(《轧钢》，1997年12月，第6期)。这种在线热处理工艺的不足之处就是产品内部的金相组织均匀性差。

对于线材生产的在线热处理，典型的方式有斯泰尔摩冷却线，在生产线材时，通过控制线材出精轧机后的冷却速度，得到所需要的金相组织和力学性能(《高速轧机线材生产》，1995，冶金工业出版社，第330页)，对用于拉拔的低碳钢需要较高的吐线温度和缓慢的冷却速度，得到粗大铁素体晶粒组织；对含0.6％-0.85％C的高碳钢，需要采用较高的冷却速度，抑制先共析铁素体，得到细片小间距的珠光体组织。对以上所述的技术要求均是在线材轧后经穿水冷却和通过风冷来实现的。这种处理工艺的不足之处是生产成本相对较高。

本发明的目的提供一种可降低钢材生产成本，提高钢材力学性能的小型钢材热轧后在线磁场热处理方法。

针对上述目的，本发明的技术方案是在钢材热轧后的冷却过程中，在热轧最后一架轧机机架后在线安装2-10个磁场，对钢材施加纵向磁场热处理，钢材进入第一个磁场前的温度要求为600-1100℃，每个磁场的磁场强度为0.01-100特斯拉，所述的磁场为螺旋管磁场，即在空心的绝缘管外壁上均匀地缠绕导电线圈，所述的磁场为稳定磁场或脉冲磁场中任一种。

钢材热轧后在冷却过程中，施加磁场处理是利用钢材轧后的高温特性，控制高温奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体相变过程，最终得到所需的显微组织和力学性能。

磁场作用于钢材的相变过程可以细化铁素体、珠光体晶粒，增加相变过程中的形核率，从形核驱动力机理角度讲，磁场对晶粒细化的作用来源于铁原子的自旋磁矩与外磁场之间的相互作用。外加磁场对γ相(奥氏体)中铁原子d层的电子自旋磁矩产生影响，使原子处于激发态(非平衡态)。这种影响有效地降低了晶化形核势垒并提高了跃迁几率。根据经典的热力学理论，在相变过程中，形成α相(铁素体)的形核率μ为 μ = μ 0 exp ( - ΔG KT ) ]]>式中ΔG为最大形核自由能，k为玻尔兹曼常量，T为温度。

当有磁场作用时，体系的热力学势垒ΔG将降低，从而导致形核率μ增加，达到细化晶粒的目的，同时热辐射率增加导致冷却速度增加。

实施本发明具有如下的优点：

1、可降低小型线材的生产成本，如原来生产热轧螺纹钢筋采用穿水冷却方式进行在线热处理，需要电力、水循环处理系统及维修费用，操作人员也多；而使用磁场对螺纹钢筋进行轧后在线热处理只需要使用10KW电力及一名操作维修人员。

2、设备投资减少，建设一套磁场在线热处理生产线的投资仅为建设一套穿水冷却生产线需要投资的四分之一。

3、通过使用本发明可以使钢材的力学性能提高，外加磁场作用于钢材的冷却过程，可以对其相变过程产生显著的影响，通过控制不同的磁场强度、脉冲波形和冷却速度，可以得到所需要的细铁素体、珠光体、贝氏体或马氏体组织，从而提高力学性能。

4、磁场作用于相变，最显著的特征就是促进均匀相变，由于磁场的穿透能力强，相变后得到的是均匀的金相组织，而穿水冷却造成钢材内外金相组织的差异。

附图说明。

附图1为本发明小型钢材热轧后在线磁场热处理方法的生产线示意图。

附图2为本发明所采用的螺旋管磁场的结构示意图。

图1中，1为轧制中心线；2为最后一架轧机；3为螺旋管磁场，该磁场为2-10个；4为轧材的冷床。

图2中，5为绝缘管；6为导电线圈；7为被处理的钢材。

热轧型材经过热轧最后一架轧机机架后，通过一定距离，进入磁场，经数个磁场处理后，在进入冷床，进行自然冷却。