CN108774681A

CN108774681A - 高强钢的超快速热处理方法

Info

Publication number: CN108774681A
Application number: CN201810711498.0A
Authority: CN
Inventors: 唐明奇; 冯在强; 李刚; 金向杰
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2018-11-09

Abstract

本发明涉及高强钢的超快速热处理方法，可有效解决高强刚热处理效率低，浪费能源及环境污染的问题，方法是，采用加热装置在30s内将高强钢从室温加热至峰值温度Tp，然后保温5‑10s，再用冷却装置在5‑10s内冷却至室温，整个过程在60s内完成；所述的高强钢为含碳量0.16‑0.55%、直径或厚度5mm以下的钢丝或钢带；所述的Tp超出奥氏体转变温度Ac3的50℃以上，且Tp=1000‑1200℃，最大加热速度超过400℃/s，最大冷却速度超过3000℃/s，实现50cm/min的连续作业。本发明方法新颖独特，科学合理，易操作，使用方便，工作效率高，节能环保，可广泛应用于薄规格钢带和小规格盘条的热处理强化，是高强钢热处理上的一大创新。

Description

高强钢的超快速热处理方法

技术领域

本发明涉及热处理，特别是钢铁冶金、金属热处理的一种高强钢的超快速热处理方法。

背景技术

由于能够降低壁厚和自重，提升结构承载力等优势，高强钢及超高强度钢在汽车、工程机械、建筑、桥梁等领域得到了广泛应用。

由于受到车身结构强度越来越大、油耗排放越来越苛刻的双重要求，汽车车身迫切需求高强钢来提高承载能力、降低自重来降低排放。车身用钢材，通常需要后续加工和热处理等环节来完成零件加工，因此，汽车用高强钢或超高强度钢在要求高强度的同时，一般也会要求具备较好的塑性加工性能，即对延伸率和断面收缩率提出要求。

强度超过1500MPa超高强度钢会用于车身钢架、车门肋板、座椅结构、悬架弹簧等承载部件。这些高强度钢通常会在制成零件后，经过一定的热处理来提升强度，通常采用淬火+回火的调质处理，由于方法本身是存在的问题，特别是采用分段处理，热处理时间一般在1～3h，因此效率低，能耗大，且对环境有污染，因此高强钢热处理上的改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种高强钢的超快速热处理方法，可有效解决高强刚热处理效率低，浪费能源及环境污染的问题。

本发明解决的技术方案是，一种高强钢的超快速热处理方法是，采用加热装置在30s内将高强钢从室温加热至峰值温度Tp，然后保温5-10s，再用冷却装置在5-10s内冷却至室温，整个过程在60s内完成；

所述的高强钢为含碳量0.16-0.55%、直径或厚度5mm以下的钢丝或钢带；

所述的Tp超出奥氏体转变温度Ac3的50℃以上，且Tp=1000-1200℃，最大加热速度超过400℃/s，最大冷却速度超过3000℃/s，实现50cm/min的连续作业。

本发明方法新颖独特，科学合理，易操作，使用方便，工作效率高，节能环保，可广泛应用于薄规格钢带和小规格盘条的热处理强化，是高强钢热处理上的一大创新，经济和社会效益巨大。

具体实施方式

以下结合具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

本发明在具体实施中，一种高强钢的超快速热处理方法是，利用陶瓷片电加热装置对高强钢进行快速加热，单片陶瓷加热片的电流范围在≤15A，单片陶瓷加热片的功率≤3.3KW，加热模块由36片陶瓷加热片组成，即6×6排布，加热模块总数量≤20个，模块排布方式是单层排布，通过调节电流以及通电加热模块数量，在30秒内将高强钢从室温加热至峰值温度Tp，然后保温5-10秒，再采用风机吹风冷却，单台风机风量在≤154000m³/h，进行0%，10%，30%，50%，70%，90%和100%的7档风量调节，风机数量2～4台，通过调节风机风量，在5-10秒内将高强钢冷却至室温，整个过程在60秒以内完成。

实施例2

本发明一种高强钢的超快速热处理方法是，高强钢为直径5mm盘条，以重量百分比计，高强钢含有0.22%C，0.25%Si，1.5%Mn，1.2%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为910℃，最大加热速度405℃/s，最大冷却速度超过3050℃/s；高强钢盘条以50cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在30秒内将盘条从室温加热至峰值温度1080℃，然后保温6秒，然后在8秒内冷却至室温，整个过程用时44秒；

实施例3

本发明一种高强钢的超快速热处理方法是，高强钢为厚度3mm钢带，以重量百分比计，化学成分含有0.25%C，0.22%Si，1.3%Mn，0.4%Mo，0.4%Ni，0.25%Cu，0.45%Cr，其余为铁及杂质元素，

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为980℃，最大加热速度408℃/s，最大冷却速度超过3060℃/s；高强钢盘条以48cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在28秒内将盘条从室温加热至峰值温度1120℃，然后保温7秒，然后在9秒内冷却至室温，整个过程用时44秒。

实施例4

本发明一种高强钢的超快速热处理方法是，高强钢为直径4mm盘条，以重量百分比计，化学成分含有0.25%C，0.82%Si，2.3%Mn，2.4%Mo，1.45%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为990℃，最大加热速度410℃/s，最大冷却速度超过3020℃/s；高强钢盘条以50cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在26秒内将盘条从室温加热至峰值温度1150℃，然后保温9秒，然后在8秒内冷却至室温，整个过程用时43秒。

经实时检测，盘条的Ac3为990℃，最大加热速度410℃/s，最大冷却速度超过3020℃/s；

实施例5

本发明一种高强钢的超快速热处理方法是，高强钢为厚度2mm钢带，以重量百分比计，化学成分含有0.18%C，0.22%Si，4.3%Mn，0.65%Mo，0.75%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为1020℃，最大加热速度405℃/s，最大冷却速度超过3040℃/s；高强钢盘条以50cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在30秒内将盘条从室温加热至峰值温度1180℃，然后保温9秒，然后在10秒内冷却至室温，整个过程用时49秒。

在上述方法中，在30秒内将高强钢从室温加热至峰值温度Tp，保温5-10秒，然后在5-10秒内冷却至室温，整个过程在60秒以内完成；

将高强钢加热至Tp，是想得到一种完全奥氏体化的组织结构，从而为后续的快速冷却从而得到硬相组织做好准备。

Tp是重要参数，按照实时测定的Ac3，Tp应超过Ac3温度的50℃以上，且Tp=1000-1200℃；目的是确保高强钢基体中的铁素体发生了奥氏体转变，且名义上是完全奥氏体的组织结构。

采用快速加热方法，即在30秒内加热到峰值温度，可提高铁素体到奥氏体的实际转变温度Ac1和Ac3，即高出平衡状态下的转变温度100-350℃，从而有利于转变过程的快速完成。在更高温度发生的相转变，降低了相转变所需的时间，也细化了转变生成奥氏体的尺寸。

保温5-10秒用于均匀化奥氏体，并可有效避免奥氏体发生粗化。

在冷却过程中，高温状态下的奥氏体会转变为马氏体。在5-10秒内完全冷却至室温，属于超快速冷却，可细化马氏体得到高强度；

在加热和冷却过程中，最大加热速度超过400℃/s，最大冷却速度超过3000℃/s；为确保高强钢的强度和淬透性，高强钢的碳含量在0.16%～0.55%。

高强钢的直径或厚度在5mm以下时，可实现50cm/min的连续作业。

本发明方法简单，易操作，工作效率高，并经实地测试，产品质量非常好，有关试验资料如下：

试验一：

以实施例2给出的高强钢盘条技术方案为试验一，和现有的淬火+回火的调质处理相对比，在同样（参数）情况下，现有技术以5-20℃/s加热速度加热至950℃，然后保温1小时，然后水淬至室温；然后放置在回火炉中缓慢加热至550℃并保温30分钟，然后缓冷至室温。

经检测：快速热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1308MPa和8%；调质处理后的抗拉强度和延伸率分别是1268MPa和7%。而且本发明的整个过程仅用时44s，而现有方法至少要1.5h以上，本发明的工作效率明显高于现有技术，工作效率提高120倍以上。

试验二：

以实施例3给出的高强钢盘条技术方案为试验二，和现有的淬火+回火的调质处理相对比，在同样（参数）情况下，现有技术以10-15℃/s加热速度加热至920℃，然后保温1小时，然后水淬至室温；然后放置在回火炉中缓慢加热至580℃并保温1小时，然后缓冷至室温。

经检测：快速热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1568MPa和7%；调质热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1508MPa和6%；而且本发明的整个过程仅用时44s，而现有方法至少要2h以上，本发明的工作效率明显高于现有技术，工作效率提高163倍以上。

试验三：

以实施例4给出的高强钢盘条技术方案为试验三，和现有的淬火+回火的调质处理相对比，在同样（参数）情况下，现有技术以5-10℃/s加热速度加热至950℃，然后保温1小时，然后水淬至室温；然后放置在回火炉中缓慢加热至600℃并保温1小时，然后缓冷至室温。

经检测：快速热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1612MPa和7%；调质热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1542MPa和5%；而且本发明的整个过程仅用时43s，而现有方法至少要2h以上，本发明的工作效率明显高于现有技术，工作效率提高167倍以上。

试验四：

以实施例4给出的高强钢盘条技术方案为试验二，和现有的淬火+回火的调质处理相对比，在同样（参数）情况下，现有技术以10-20℃/s加热速度加热至980℃，然后保温1小时，然后水淬至室温；然后放置在回火炉中缓慢加热至620℃并保温1小时，然后缓冷至室温。

经检测：快速热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1685MPa和7%；调质热处理后的抗拉强度和延伸率分别是1575MPa和5%；而且本发明的整个过程仅用时49s，而现有方法至少要2h以上，本发明的工作效率明显高于现有技术，工作效率提高146倍以上。

通过上述试验可知，本发明所述超快速热处理方法，热处理效果优于传统调质处理，不但产品的抗拉强度和延伸率都得到了明显提高，而且热处理效率提高至少120倍以上，经更多次的反复试验，都得到了相同或相似的结果，表明本发明方法稳定可靠，由于大大缩短了热处理的时间，因此，能耗也大大降低，经统计处理，可节约能源50%以上，而且大大减少了长时间热气对环境造成的污染（热效应），应用面广，可广泛应用于薄规格钢带和小规格盘条的热处理强化，经济和社会效益巨大。

Claims

1.一种高强钢的超快速热处理方法是，其特征在于，采用加热装置在30s内将高强钢从室温加热至峰值温度Tp，然后保温5-10s，再用冷却装置在5-10s内冷却至室温，整个过程在60s内完成；

2.根据权利要求1所述的高强钢的超快速热处理方法，其特征在于，利用陶瓷片电加热装置对高强钢进行快速加热，单片陶瓷加热片的电流范围在≤15A，单片陶瓷加热片的功率≤3.3KW，加热模块由36片陶瓷加热片组成，即6×6排布，加热模块总数量≤20个，模块排布方式是单层排布，通过调节电流以及通电加热模块数量，在30秒内将高强钢从室温加热至峰值温度Tp，然后保温5-10秒，再采用风机吹风冷却，单台风机风量在≤154000m³/h，进行0%，10%，30%，50%，70%，90%和100%的7档风量调节，风机数量2～4台，通过调节风机风量，在5-10秒内将高强钢冷却至室温，整个过程在60秒以内完成。

3.根据权利要求1所述的高强钢的超快速热处理方法，其特征在于，高强钢为直径5mm盘条，以重量百分比计，高强钢含有0.22%C，0.25%Si，1.5%Mn，1.2%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为910℃，最大加热速度405℃/s，最大冷却速度超过3050℃/s；高强钢盘条以50cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在30秒内将盘条从室温加热至峰值温度1080℃，然后保温6秒，然后在8秒内冷却至室温。

4.根据权利要求1所述的高强钢的超快速热处理方法，其特征在于，高强钢为厚度3mm钢带，以重量百分比计，化学成分含有0.25%C，0.22%Si，1.3%Mn，0.4%Mo，0.4%Ni，0.25%Cu，0.45%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为980℃，最大加热速度408℃/s，最大冷却速度超过3060℃/s；高强钢盘条以48cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在28秒内将盘条从室温加热至峰值温度1120℃，然后保温7秒，然后在9秒内冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的高强钢的超快速热处理方法，其特征在于，高强钢为直径4mm盘条，以重量百分比计，化学成分含有0.25%C，0.82%Si，2.3%Mn，2.4%Mo，1.45%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为990℃，最大加热速度410℃/s，最大冷却速度超过3020℃/s；高强钢盘条以50cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在26秒内将盘条从室温加热至峰值温度1150℃，然后保温9秒，然后在8秒内冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的高强钢的超快速热处理方法，其特征在于，高强钢为厚度2mm钢带，以重量百分比计，化学成分含有0.18%C，0.22%Si，4.3%Mn，0.65%Mo，0.75%Cr，其余为铁及杂质元素；

然后进行快速热处理，盘条的Ac3为1020℃，最大加热速度405℃/s，最大冷却速度超过3040℃/s；高强钢盘条以50cm/min的喂入速度进入热处理装置进行连续作业，在30秒内将盘条从室温加热至峰值温度1180℃，然后保温9秒，然后在10秒内冷却至室温。