專利名稱：冷卻因軋制而為熱態(tài)的鋼的截面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于冷卻因軋制而處于熱態(tài)的鋼的截面的方法，該法借助在軋制過程后的急冷而形成馬氏體表面層，然后借助芯部的熱使此表面層自回火，從而得到帶有殘留奧氏體的截面的堅(jiān)韌的組織。
某些類型的鋼，尤其是所謂高級(jí)的鋼，由于其中所含的合金元素和其它適宜元素的緣故，轉(zhuǎn)變非常之慢，所述的合金元素，比如包括Cr、Mn、Mo、Ni。換言之，熱變形后自奧氏體向鐵素體或珠光體的轉(zhuǎn)變僅在600°-750℃的適宜的溫度區(qū)間中長時(shí)間保溫后方會(huì)發(fā)生。
若不使這些鋼故意緩慢地，有時(shí)超過數(shù)天地冷卻，然后不在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變溫度下保溫，則在進(jìn)一步冷卻時(shí)仍保留有奧氏體，而在到達(dá)馬氏體起始溫度后，它將直接轉(zhuǎn)變成高硬度的馬氏體。這種情況主要在直徑小于100mm的鋼中在空氣中的冷床上轉(zhuǎn)變后的冷卻過程中發(fā)生的。這就是為何這些鋼還被稱為空氣淬硬鋼的原因。
除了含，比如，13-17％的Cr、Mo、Ni及可能加入的其它輔助元素、含量為0.2-0.6％的碳的不銹可熱處理鋼外，屬于此組的鋼還有工具鋼(如56NiCrMoV7)及高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼領(lǐng)域中的特種結(jié)構(gòu)鋼(如，45CrMoV67)。這些鋼有高的可硬化性，這就是為何認(rèn)為這些鋼屬于空氣淬硬鋼的原因。
若將有上述化學(xué)成份的鋼急冷，結(jié)果就能變成馬氏體，于是得到一種硬而脆的轉(zhuǎn)變組織，這種組織可能在后續(xù)的處理過程中出現(xiàn)應(yīng)力裂紋和脆性斷裂。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的是，在轉(zhuǎn)變過程之后，盡快地將屬于這組所謂的空氣淬硬鋼的鋼運(yùn)往可保證明顯延緩冷卻的特殊裝置中。為了在轉(zhuǎn)變之后將大量的軋材集成堆，并在保溫設(shè)備裝滿后進(jìn)行有時(shí)可能延續(xù)數(shù)目的特意的冷卻，最好使用保溫罩，帶有加熱裝置的保溫坑及類似的裝置。這意味著必須滿足基本的技術(shù)要求，如，迅速在冷卻床上運(yùn)送或在冷卻床前分別的橫向運(yùn)輸，以及意味著，必須在軋機(jī)區(qū)域中設(shè)置絕熱裝置和加熱保護(hù)裝置、熱截?cái)嘌b置，附助的輥式運(yùn)輸機(jī)及特別是保溫裝置本身。
因此本發(fā)明的主要目的在于避免上述的非常昂貴的技術(shù)需求，同時(shí)保證在熱轉(zhuǎn)變和冷卻至室溫后，可制成空氣淬硬鋼，該鋼可在其無裂紋和斷裂的狀態(tài)下，及在適于進(jìn)一步加工的條件下被進(jìn)一步使用。
按照本發(fā)明，在熱軋過程后借助使因軋制而處于熱態(tài)的鋼的截面急冷而冷卻，從而形成馬氏體表面層，然后通過芯部的熱使此表面層回火，從而得到帶有保留了奧氏體的截面的這種方法用于這樣一類鋼上該類鋼由于其中的選自Cr、Mn、Mo、Ni的合金元素及其它的適宜的元素，所以通過不經(jīng)控制的空冷就會(huì)直接自奧氏體相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
這種因軋制而處于熱態(tài)的產(chǎn)品在變形過程后經(jīng)一水冷段后被直接送走，其中薄的表面層以馬氏體轉(zhuǎn)變的方式被急冷。在自該冷卻段中出來之后，此馬氏體表面層由于成堆的該軋制品的殘熱而自回火，從而產(chǎn)生非常堅(jiān)韌的而且能承復(fù)高拉伸的表面層，其中該表面層防止了在仍存有的奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成馬氏體的過程中的裂紋和斷裂形式的缺陷。
具有大于20kw/m2/k，最好最高為80kw/m2/k的熱傳輸系數(shù)α的急冷是可取的。
本發(fā)明的重大優(yōu)點(diǎn)在于使這組空氣淬硬鋼的鋼中無需現(xiàn)有技術(shù)的極長的延遲而必需的復(fù)雜裝置。這表明此冷卻過程效率明顯改進(jìn)并因縮短了此冷卻時(shí)間而提高了生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，為形成該馬氏體表面層，在設(shè)置于軋機(jī)系列之后的水冷段中進(jìn)行該急冷，該冷卻以動(dòng)態(tài)重結(jié)晶后由預(yù)定的起始溫度精確限定的溫度開始冷卻，然后以可由對(duì)比試驗(yàn)所預(yù)定的冷卻規(guī)范冷卻到確定的溫度。
此法的擴(kuò)展進(jìn)一步有利地使得該鋼的截面的冷卻過程在該馬氏體表面層回火后開始結(jié)束、該鋼的截面經(jīng)其它的處理設(shè)備傳送后被儲(chǔ)存起來，僅在較后時(shí)用戶需要的時(shí)刻以特別選定的熱處理將其轉(zhuǎn)變成用戶規(guī)定的交貨組織。
這是非常有益的，因?yàn)椴煌慕M織狀態(tài)及硬化程度，即按以后使用所確定的性能，可以用同類型的鋼、按使用目的，如，彈簧鋼，切削用鋼、結(jié)構(gòu)鋼等產(chǎn)生。
符合本發(fā)明的方法的進(jìn)一步發(fā)展得以用軋材的條按規(guī)定順序產(chǎn)生局部的長度，將此局部長度在低于碳化物可能析出的溫度下集成捆，再以小于1K/分的冷卻速度使此局部長度冷卻，然后在仍然存在的奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，進(jìn)行向自回火馬氏體的低應(yīng)力轉(zhuǎn)變。
在此冷卻過程之后，該鋼可經(jīng)過為低合金鋼和非合金鋼所設(shè)的設(shè)備，以便進(jìn)一步處理成交貨所需的規(guī)定狀態(tài)。這一優(yōu)點(diǎn)在于為此目的不再需要另外的昂貴的輔助裝置。冷至室溫的這種鋼可在后續(xù)的處理步驟中進(jìn)行常規(guī)的硬化，而不產(chǎn)生應(yīng)力裂紋或材料斷裂。
冷卻因軋制而處于熱態(tài)的，被稱為空氣淬硬鋼的，含選自Cr、Mn、Mo、Ni，V的合金元素及其它適宜元素的鋼的截面的此方法最適于在直徑小于100mm的圓形材料上使用。
使本發(fā)明具有特色的各種新穎的特點(diǎn)被在所附的權(quán)利要求中的，而且構(gòu)成本發(fā)明的一部分的特殊性所指明。為更好地理解本發(fā)明，其運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，用其所達(dá)到的特定目的，將必需參閱附圖
及陳述的內(nèi)容，其中有本發(fā)明的被說明的和被陳述的實(shí)施方案。
該單一的附圖是展示空氣淬硬鋼的溫度和冷卻時(shí)間之間關(guān)系的曲線。
該圖中的曲線以表面層1、芯部區(qū)2及平均溫度3的溫度曲線展示了空氣淬硬鋼的溫度和冷卻時(shí)間之間的關(guān)系。
該曲線相應(yīng)于符合本發(fā)明的樣品的熱處理，而且該處理是用直徑為62mm、化學(xué)成份為C＝0.40％、Mn＝1.45％、Cr＝2.0％、Mo＝0.2％的圓形截面的試樣進(jìn)行的。該表面層的馬氏體轉(zhuǎn)變是以Tw＝30℃的冷卻強(qiáng)度及速度V＝1.13米/秒的條件通過水冷段進(jìn)行的。
該試樣以約960℃的軋制溫度離開軋機(jī)機(jī)架。此時(shí)該試樣已進(jìn)入冷卻段，動(dòng)態(tài)重結(jié)晶已完全結(jié)束。
此試樣的急冷在此冷卻段中于第14秒時(shí)開始，其中表面溫度(1)在約2秒的時(shí)間內(nèi)從920℃冷到200℃，然后再于第15秒和第23秒之間冷到約70℃。
芯部溫度(2)的下降則慢得多，而且在第35秒時(shí)為約870℃，在第80秒時(shí)為約640℃。
從第14秒到第23秒，平均溫度(3)從940℃降到640℃，然后大致穩(wěn)定地降到約620℃。
離開此冷卻段后，表面層的溫度(1)由于來自芯部的熱，結(jié)果按指數(shù)函數(shù)關(guān)系迅速上升，然后在第80秒時(shí)達(dá)到約610℃。由于該表面層中的回火過程，結(jié)果形成了非常堅(jiān)韌的表面層，其中此堅(jiān)韌的表面層象一種保護(hù)層包圍著開始仍存在的奧氏體的截面，而且防止材料在后續(xù)的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體時(shí)出現(xiàn)諸如裂紋或斷裂之類的損壞。
本發(fā)明的方法不復(fù)雜，而且只需要對(duì)空氣淬硬鋼可精確重現(xiàn)的及受控的加速冷卻，而不需要用于有效延遲的復(fù)雜裝置，對(duì)于空氣淬硬鋼而言，過去是需要這種設(shè)備的。因此上述的本發(fā)明的目的就以最佳方式達(dá)到了。
雖然展示了和詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定的實(shí)施方案，從而解釋了本發(fā)明的原則，但可以理解的是，只要不違背此原則就可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.在冷卻因軋制過程中的軋制而處于熱態(tài)的鋼的截面的方法中，該法包括在軋制過程后進(jìn)行急冷，從而使馬氏體表面層得以形成，然后借助芯部的熱使該表面層回火而成為堅(jiān)韌的帶有殘留奧氏體的截面的組織，其改進(jìn)包括在這樣一類鋼中進(jìn)行此方法該鋼由于選自Cr、Mn、Mo、Ni的合金元素及其它的適宜的元素，所以在經(jīng)不經(jīng)控制的冷卻時(shí)在空氣中直接從奧氏體相轉(zhuǎn)變成馬氏體。
2.權(quán)利要求1的方法，它包括進(jìn)行急冷，而沒有在為受控冷卻而設(shè)置的裝置中的，受控冷卻步驟中的相當(dāng)大的延遲。
3.權(quán)利要求1的方法，它包括在設(shè)置在軋機(jī)列之后的水冷段中進(jìn)行形成馬氏體表面層的急冷，該急冷在動(dòng)態(tài)重結(jié)晶后，由預(yù)定的開始溫度所精確限定的溫度開始冷卻，按可由對(duì)比試驗(yàn)預(yù)定的冷卻規(guī)范冷卻到一確定的溫度。
4.權(quán)利要求3的方法，它包括以大于20kw/m2/k的熱傳輸系數(shù)α進(jìn)行此急冷。
5.權(quán)利要求3的方法，它包括以最多為80kw/m2/k的熱傳輸系數(shù)α進(jìn)行此急冷。
6.權(quán)利要求1的方法，它包括在使鋼截面的該馬氏體表面層回火后開始結(jié)束其冷卻過程，將此鋼截面經(jīng)輔助的處理設(shè)備運(yùn)走，然后儲(chǔ)存此截面，及按特定的規(guī)程進(jìn)行熱處理以產(chǎn)生合乎要求的組織。
7.權(quán)利要求6的方法，它包括按特定的規(guī)程用軋材產(chǎn)生預(yù)定的長度，在低于碳化物可能析出的溫度下將此局部的長度集成堆，再以小于1k/分的冷卻速度使此局部長度冷卻及通過低應(yīng)力轉(zhuǎn)變進(jìn)行仍存在的奧氏體向自回火馬氏體的轉(zhuǎn)變。
8.權(quán)利要求6的方法，它還包括在此冷卻過程后使此鋼截面通過為低合金和/或非合金鋼而設(shè)的，用于進(jìn)一步處理成最終狀態(tài)的設(shè)備。
9.權(quán)利要求1的方法，其中該鋼的截面是空氣淬硬鋼的截面，它具有小于100mm的直徑。
全文摘要
一種冷卻因軋制而處于熱態(tài)的鋼的截面方法,它包括借助軋制過程后的急冷以形成馬氏體表面層,然后借助于芯部的熱使此表面層自回火而得到帶有殘留了奧氏體截面,其中該法用在這樣一類鋼上:它通過不經(jīng)控制的空氣冷卻可直接從奧氏體相轉(zhuǎn)變成馬氏體,這是由于其選自Cr、Mn、Mo、Ni的合金元素和其它的適宜的元素所致。
文檔編號(hào)B21B45/02GK1172858SQ9710958
公開日1998年2月11日 申請(qǐng)日期1997年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月30日
發(fā)明者M·邁爾, R·科爾曼 申請(qǐng)人:Sms舒路曼-斯瑪公司