CN113549748B - 热处理炉及用该热处理炉生产高强度金属棒材的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热处理炉及用该热处理炉生产高强度金属棒材的制备工艺，通过使环状永磁体在第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置之间循环往复的移动来实现磁场的改变，可以较低的成本实现磁性正火，磁场强度大，磁性正火效果佳；本发明热处理炉相较于在热处理炉外部设置线圈来产生交变磁场来说，环状永磁体从热处理炉内穿过，环状永磁体与正火件之间的距离大大减小，能够影响到正火件的磁场强度也大得多，降低能耗的同时，也增强了磁性正火的效果。

Description

热处理炉及用该热处理炉生产高强度金属棒材的制备工艺
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种高强度金属棒材的制备工艺以及加工过程中所用到的一种热处理炉。
背景技术
磁场在金属加工中的应用已经越来越多；例如磁性退火，可有效地消除内应力、局部感生各向异性等,并形成感生单轴磁各向异性,使无机(金属)材料的静态磁性获得提高。磁性退火通常是将巨大的强磁体对称外置于退火炉上，从而较为容易的提供稳定的磁场。由于隔着退火炉，强磁体距离退火件较远，需要强大的磁场才能完成磁性退火。
而磁性正火的研究也已经越来越深入：孙忠继发表的《关于磁场正火细化钢铁材料组织的探讨》中，阐述了磁性正火对于增强工件性能的意义，但是，由于磁性正火需要的交变磁场需要的电磁设备的造价、用电，以及必须要解决的防止设备温度过热等问题，导致磁性正火需要的设备比磁性退火的永磁体成本和能耗大的多，并且，磁性正火带来的部分性能的提高也不算太大(约10％-20％的提高)，很可能性能提高带来的售价提高还不足以覆盖磁性正火的成本。
另外，由于热处理炉体积较大，附加设备也多，想要围绕热处理炉主体设置能产生较强磁场的电磁设备，不仅受到热处理炉体积、构造的限制，电磁设备对周围生产设备、电子器件的影响不容忽视，还很有可能对周围工作人员的健康造成影响；另外，由于温度会对电磁设备的磁场强度产生一定影响，因此有必要配制温度控制装置以对电磁设备进行降温，这也是磁性正火并未得到大规模应用的原因之一。
如果能将磁性正火应用于高强度金属棒材的生产，那么对高强度金属棒材机械性能的提高必将更加明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种可进行磁性正火的热处理炉。
本发明的目的是提供一种高强度金属棒材的制备工艺。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种热处理炉，包括热处理炉本体，所述热处理炉本体内设有工件放置架；热处理炉本体外侧两端设有环状永磁体输送装置组；环状永磁体输送装置组包括对称设置于热处理炉本体两端的第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置，第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置与热处理炉本体的内腔相连通；环状永磁体输送装置组处于工件放置架长度方向的延长线上，或者，环状永磁体输送装置组处于工件放置架的垂直平分线上；
所述环状永磁体输送装置组内设有多个环状永磁体；
所述环状永磁体输送装置组之间连接有数量与环状永磁体相匹配的若干组导轨；每组导轨中至少包含一根丝杆；每组导轨围绕工件放置架外部设置或从工件放置架中部穿过，每组导轨匹配一个环状永磁体；
所述环状永磁体上与导轨相匹配的设有若干通孔，通孔内设有滑套，导轨相对应的穿过滑套；丝杆与滑套螺纹连接，通过控制丝杆正向或反向旋转，使环状永磁体在第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置之间循环往复的移动。
优选的是，所述环状永磁体包括同心或同轴设置、尺寸依次递减的多组；且处于内侧的环状永磁体能够从处于外侧的环状永磁体中穿过。
优选的是，所述第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置均包括筒状壳体和冷却装置，筒状壳体口部设有可开合的封门。
优选的是，所述封门包括第一封门和第二封门；第一封门靠近筒状壳体底部设置，冷却装置设于第一封门与筒状壳体底部之间。
优选的是，所述冷却装置包括冷风/水管和出风/水口，冷风/水管和出风/水口设于第一封门与筒状壳体底部之间，以对进入到筒状壳体内的环状永磁体进行冷却。
优选的是，所述环状永磁体为环状的耐高温永磁体，耐高温永磁体表面设有耐火隔热层。
优选的是，所述第一环状永磁体输送装置或第二环状永磁体输送装置上设有用于驱动丝杆转动的驱动装置，驱动装置能够分别驱动不同组导轨上的丝杆进行正转或反转，以使环状永磁体能沿导轨来回移动。
优选的是，所述筒状壳体内设有锥形冷却座，锥形冷却座表面加工有多个环状台阶，环状台阶的凹面处与环状永磁体形状相适应，使凹面处成为环状永磁体的停靠面。
进一步的，所述锥形冷却座内设有循环冷却水通道以对锥形冷却座进行冷却。
一种采用上述热处理炉的高强度金属棒材的制备工艺，包括如下工艺流程：
热轧材-热处理-一次矫直-拉拔-裁切-二次矫直；其中，所述热处理步骤采用热处理炉进行磁性正火操作。
本发明的热处理炉和高强度金属棒材的制备工艺，至少具有以下几个优点：
1.相较于在热处理炉外部设置线圈来产生交变磁场来说，本发明的环状永磁体输送装置组体积小，对热处理炉的外侧空间布局影响小，热处理炉的生产或改造方便，制作成本低；
2.相较于在热处理炉外部设置线圈来产生交变磁场来说，环状永磁体从热处理炉内穿过，环状永磁体与正火件之间的距离大大减小，能够影响到正火件的磁场强度也大得多，降低能耗的同时，也增强了磁性正火的效果；
3.通过使环状永磁体往复移动，来实现磁场强度的变化；
4.通过设置轨道和多个环状永磁体，进一步模拟磁场强度的交变；多个环状永磁体之间的移动不会碰撞或接触；
5.通过设置冷却装置以及锥形冷却座，对环状永磁体进行冷却，防止环状永磁体因过热而失去磁性。
6.采用本发明热处理炉进行磁性正火的高强度金属棒材的制备工艺对于钢材的韧性等有明显的提高，且能耗和成本相对较低。
附图说明
图1为一种热处理炉的结构示意图，为清楚显示，图中只显示了两组导轨和两个环状永磁体，图中箭头方向示出了环状永磁体的运动方向。
图2为图1中环状永磁体的结构示意图。
图3为图1中锥形冷却座的结构示意图。
图4为另一种环状永磁体排布方式的结构示意图。
图5为另一种热处理炉的结构示意图。
图中标号为：1-热处理炉本体，2-工件放置架，3-第一环状永磁体输送装置，4-第二环状永磁体输送装置，5-环状永磁体，6-导轨，601-丝杆，7-滑套，8-筒状壳体，9-冷却装置，901-冷风管，902-出风口，10-封门，1001-第一封门，1002-第二封门，11-驱动装置，12-锥形冷却座，1201-环状台阶。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1-3所示，一种热处理炉，可用于磁性正火，包括热处理炉本体1，所述热处理炉本体内设有工件放置架2；热处理炉本体外侧两端设有环状永磁体输送装置组；环状永磁体输送装置组包括对称设置于热处理炉本体两端的第一环状永磁体输送装置3和第二环状永磁体输送装置4，第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置与热处理炉本体的内腔相连通；环状永磁体输送装置组处于工件放置架长度方向的延长线上，即环状永磁体水平运动；
所述环状永磁体输送装置组内设有多个环状永磁体5；
所述环状永磁体输送装置组之间连接有数量与环状永磁体相匹配的若干组导轨6；每组导轨中至少包含一根丝杆601；每组导轨围绕工件放置架外部设置或从工件放置架中部穿过，每组导轨匹配一个环状永磁体；进一步的，金属棒材在加工前通常是成卷来料，对于成卷材料来说，如果直接对成卷材料进行正火，则可使环状永磁体从成卷材料外侧穿过(环状永磁体要足够大)，也可从成卷材料内侧中空处穿过(环状永磁体体积要求较小，只需保证足够的磁场强度即可)；对于矫直切分后的金属棒材，则将金属棒材排列整齐放于工件放置架上，使环状永磁体从成卷材料外侧穿过即可。
所述环状永磁体上与导轨相匹配的设有若干通孔，通孔内设有滑套7，导轨相对应的穿过滑套；丝杆与滑套螺纹连接，通过控制丝杆正向或反向旋转，使环状永磁体在第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置之间循环往复的移动。
所述环状永磁体包括同轴设置、尺寸依次递减的多组；且处于内侧的环状永磁体能够从处于外侧的环状永磁体中穿过。单个的环状永磁体难以实现足够频次的磁场变化，设置多个环状永磁体，既能保证磁场变化的频次(虽然无法达到像电磁场那样的交变频率)，也能使环状永磁体有足够的冷却时间，防止因高温导致的环状永磁体磁性丧失。
所述第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置均包括筒状壳体8和冷却装置9，筒状壳体口部设有可开合的封门10。封门可采用电控开合等方式，在环状永磁体通过封门后封门即关闭。
所述封门包括第一封门1001和第二封门1002；第一封门靠近筒状壳体底部设置，冷却装置设于第一封门与筒状壳体底部之间。双封门的设置可减少热处理炉与环状永磁体输送装置组之间的热量交换，降低冷却过程对热处理炉内温度的影响。
所述冷却装置包括冷风管901和出风口902，冷风管和出风口设于第一封门与筒状壳体底部之间，以对进入到筒状壳体内的环状永磁体进行冷却。环状永磁体穿过热处理炉时环状永磁体表面被加热，冷却装置对环状永磁体进行迅速冷却，使环状永磁体表面温度迅速降低，防止热量向环状永磁体内传递。
所述环状永磁体为环状的耐高温永磁体，耐高温永磁体表面设有耐高温的耐火隔热层。耐火隔热层能在短时间内防止热量过多向环状永磁体内传递，防止耐高温永磁体磁性收到损伤，因此有必要控制环状永磁体穿过热处理炉所用的时间，例如，将环状永磁体从第一环状永磁体输送装置移动到第二环状永磁体输送装置所用时间控制在5s内。
所述第一环状永磁体输送装置上设有用于驱动丝杆转动的驱动装置11，驱动装置能够分别驱动不同组导轨上的丝杆进行正转或反转，以使环状永磁体能沿导轨来回移动。环状永磁体沿导轨来回移动，环状永磁体进入两端的第一环状永磁体输送装置或第二环状永磁体输送装置时，被冷却，从第一环状永磁体输送装置或第二环状永磁体输送装置出来进入到热处理炉内时为工件带来高强度且变化的磁场。
所述筒状壳体内设有锥形冷却座12，锥形冷却座表面加工有多个环状台阶1201，环状台阶的凹面处与环状永磁体形状相适应，使凹面处成为环状永磁体的停靠面。环状永磁体与停靠面相接触，可加快热交换速度，降温效果强于风冷。
所述锥形冷却座内设有循环冷却水通道以对锥形冷却座进行冷却。
值得说明的是，在采用电磁设备进行磁性正火的过程中，产生高频的交变磁场，此期间，奥氏体因磁化形变而增加了附加分解面和大量弥散碳化物质点，诱发了奥氏体向珠光体转变时领先向的大量析出，从而使珠光体细化；由于磁致伸缩效应，在磁场正火的相变中，可使珠光体中的铁素体长度伸长，截面积缩小而变细，同样也起到了细化珠光体的作用。并且，磁场可使奥氏体发生较小的形变，使扩散系数增大、扩散激活能降低，从而提高了磁场正火中的奥氏体向珠光体转变时的生核率和扩散速度。
另外，由于交变磁场使奥氏体产生的感应电流和加热作用，使奥氏体冷却过程中能在较高的温度范围内磁化形变，致使奥氏体中新的位错滑移容易进行，这样在磁场正火的冷却过程中，能使奥氏体内积累较多的附加分解面并析出较多的弥散碳化物质点，从而提高了附加分解面及生核率的密度，缩短了扩散距离，是珠光体进一步细化。单就这一点来说，本发明并不能产生像电磁设备一样的高频交变磁场，但是，由于本发明的磁场强度大，感应电流也相应较强，这也能在一定程度上弥补磁场变化频率不足的问题。
值得说明的是，本发明热处理炉也可应用于磁性退火等工艺上。
实施例2
与实施例1类似，其区别之处在于，所述环状永磁体输送装置组处于工件放置架的垂直平分线上，即第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置安装在热处理炉的上下两端，环状永磁体上下移动，这较为适合小型热处理炉，单卷的成卷材料平放，环状永磁体可优先从成卷材料的中部穿过。
实施例3
如图4所示，与实施例1类似，其区别之处在于，所述多个环状永磁体同心设置，多个环状永磁体在第一封门与筒状壳体底部之间时可相互嵌套呈饼状排列，还可省去锥形冷却座，能进一步缩小第一环状永磁体输送装置或第二环状永磁体输送装置的必要体积，但这样设置的结果是冷却面积减小，需要更长的时间来对环状永磁体进行冷却，因此，最好采用喷淋冷却。
实施例4
如图5所示，实际生产中，由于工件放置架更多是可移动的安装在基座上，此时若想要将环状永磁体从工件放置架外侧穿过会受到基座的阻止，这种情况下，可选择将多个成卷材料(中部空心)竖起并列放置，然后再安装固定导轨使导轨从多个成卷材料中部穿过，从而使环状永磁体可在成卷材料中部移动。如果固定导轨较为麻烦，可选择将导轨只与第一环状永磁体输送装置连接，与第二环状永磁体输送装置不再连接(不再需要第二环状永磁体输送装置)，此时无需重新安装导轨，将环状永磁体固定于导轨端部，通过移动导轨使环状永磁体从成卷材料中部往返通过即可。这种情况下，环状永磁体处于热处理炉中的时间较长，需要更长的时间来冷却。
实施例5
一种采用上述热处理炉的高强度金属棒材的制备工艺，包括如下工艺流程：
热轧材-热处理-一次矫直-拉拔-裁切-二次矫直；其中，所述热处理步骤采用热处理炉进行磁性正火操作。热处理时在热处理炉内的保温时间不宜低于80min。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种热处理炉，包括热处理炉本体，其特征在于，所述热处理炉本体内设有工件放置架；热处理炉本体外侧两端设有环状永磁体输送装置组；环状永磁体输送装置组包括对称设置于热处理炉本体两端的第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置，第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置与热处理炉本体的内腔相连通；环状永磁体输送装置组处于工件放置架长度方向的延长线上，或者，环状永磁体输送装置组处于工件放置架的垂直平分线上；
所述环状永磁体输送装置组内设有多个环状永磁体；
所述环状永磁体输送装置组之间连接有数量与环状永磁体相匹配的若干组导轨；每组导轨中至少包含一根丝杆；每组导轨围绕工件放置架外部设置或从工件放置架中部穿过，每组导轨匹配一个环状永磁体；
所述环状永磁体上与导轨相匹配的设有若干通孔，通孔内设有滑套，导轨相对应的穿过滑套；丝杆与滑套螺纹连接，通过控制丝杆正向或反向旋转，使环状永磁体在第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置之间循环往复的移动；
所述第一环状永磁体输送装置和第二环状永磁体输送装置均包括筒状壳体和冷却装置，筒状壳体口部设有可开合的封门。
2.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，所述环状永磁体包括同心或同轴设置、尺寸依次递减的多组；且处于内侧的环状永磁体能够从处于外侧的环状永磁体中穿过。
3.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，所述封门包括第一封门和第二封门；第一封门靠近筒状壳体底部设置，冷却装置设于第一封门与筒状壳体底部之间。
4.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，所述冷却装置包括冷风/水管和出风/水口，冷风/水管和出风/水口设于第一封门与筒状壳体底部之间，以对进入到筒状壳体内的环状永磁体进行冷却。
5.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，所述环状永磁体为环状的耐高温永磁体，所述耐高温永磁体表面设有耐火隔热层。
6.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，所述第一环状永磁体输送装置或第二环状永磁体输送装置上设有用于驱动丝杆转动的驱动装置，驱动装置能够分别驱动不同组导轨上的丝杆进行正转或反转，以使环状永磁体能沿导轨来回移动。
7.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于，所述筒状壳体内设有锥形冷却座，锥形冷却座表面加工有多个环状台阶，环状台阶的凹面处与环状永磁体形状相适应，使凹面处成为环状永磁体的停靠面。
8.根据权利要求7所述的热处理炉，其特征在于，所述锥形冷却座内设有循环冷却水通道以对锥形冷却座进行冷却。
9.一种采用权利要求1中热处理炉的高强度金属棒材的制备工艺，其特征在于，包括如下工艺流程：
热轧材-热处理-一次矫直-拉拔-裁切-二次矫直；其中，所述热处理步骤采用热处理炉进行磁性正火操作。
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JP2004211167A (ja) * 2003-01-06 2004-07-29 Japan Superconductor Technology Inc 磁場中熱処理装置

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