CN1300648A - 用于热处理线材的方法 - Google Patents
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Abstract
为了改进用于热处理线材的方法,其中,轧材被卷成或绕成线捆或借助一台吐丝机被转变成线圈形状,使线材在总体上沿轧制长度获得均匀的组织以及在对其进行后步加工之前已经被调质,建议为了对线材进行调质把长的轧材直接从轧制热冷却至低于马氏体转变起点温度的温度。此外,本发明还涉及一种用于实施本发明的方法和设备。
Description
本发明涉及一种用于热处理线材的方法，其中，轧材被卷成或绕成线捆或借助一台吐丝机被转变成线圈形状。此外，本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。
为了生产其直径范围为5至60毫米的线材，轧制出的长的轧制产品通常被卷取成线捆，即所谓的加雷特式卷取，被绕成线盘或借助一台吐丝机被转变成线圈形状，这些线圈被放到输送辊或输送链上并在该输送装置的尾部被收集成线捆。
根据材料在卷取机中或在卷筒中发生的冷却，由于线捆或线盘内的不同的冷却条件，沿线材长度出现强度差异。按照公开的方法，这些强度差异或者是在随后对线卷或线盘进行的热处理中被补偿或者是在对线材的后步加工之后通过对最终产品的调质被消除。
DE 2830153 A1描述了一种用于热处理被卷成线捆的线材或被卷取成卷的带材的方法。为此，轧制的产品被卷取并在捆或卷的状态下被冷却。在热处理之前，线材或带材被加热到规定的温度，通常(在材质为钢的情况下)被加热到奥氏体化温度。奥氏体化了的线捆或带卷随后在共振的激励下被淬火并随后被回火。
总起来说，和以往一样，用该热处理方法进行热处理时仍存在问题，即冷却得不均匀并且位于线捆中部的线材的冷却要比位于边部的线材的冷却慢得多。据此，在线捆或线盘内部的线圈上形成的氧化皮比在位于边部的线圈上形成的氧化皮厚。在有必要在对线材的后步加工之前进行的酸洗过程中，还必须清除位于内部的线圈上的氧化皮，而这又带来使位于外部的、具有较薄氧化皮的线圈受酸洗液强烈腐蚀和损伤的危险。
EP 0849369 A2公开了一种用于热处理线材或钢棒材的方法，其中，轧材来自轧制热地在一个笼中被卷取或借助一台吐丝机以线圈的形式被放到一条输送带上并在该输送装置的末端经由一个芯轴被收集成捆，其中，为了避免在线捆中或作为线圈冷却时的强度波动和与此相关的不均匀的机械性能，建议在卷取或吐丝之前就使轧材从轧制热冷却至通过Ar3线或者Ar1线所标志的转变范围。对该冷却这样调节，使得为了避免轧材表面上的不希望有的淬火斑点，轧材的表面不被过度冷却并据此到达形成马氏体的范围。按照EP 0849369 A2公开的方法，轧材应从奥氏体相几乎等温地转入铁素体/珠光体相中。
本发明的任务在于提供一种用于热处理线材的方法和一种实施这种方法的设备以改进公知的方法，其中，线材在后步加工成最终产品之前就被调质并且总体上沿轧材长度的不均匀的组织结构和据此不均匀的机械性能得以避免。
解决以上任务的技术方案在于一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求10的特征的设备。在从属的权利要求中及在以下的说明中公开了本发明的优选的实施形式。
本发明的基本构思在于，为了对线材进行调质，长的、尚未卷取的轧材就已直接来自轧制热地被冷却至低于马氏体转变起点温度的温度。马氏体转变起点温度是马氏体转变开始的温度。该温度通过含碳量和合金添加物的提高受到明显的影响并据此与特殊的合金成分有关。轧材的调质步骤淬火之后才被卷取、绕取或被吐成线圈。随后才进行调质的回火过程。
众所周知，调质过程由三个分步骤组成，其中之一是材料的奥氏体化，即加热和热透工件和使组织均匀化，二是为了调整淬火组织而进行的淬火，三是为改善韧性而进行的回火。在本发明的方法中免除了奥氏体化，因为线材直接从轧制热被冷却。已知的是，甚至在淬火的状态下把线材吐成线圈并随后进行回火也是可能的。
特别是通过如下冷却条件可做到这一点，即轧材被冷却至低于马氏体转变起点温度但高于马氏体转变终点温度的温度，并且组织尚具有残余奥氏体。接着，在保持等温或随后保持等温地(最好有保温罩)进行卷取过程。根据保温时间，剩余的残余奥氏体扩散控制地或在重新的加速冷却情况下转变成马氏体。通过保温，在最初形成的马氏体中导致组织的内应力清除。如果线材只被冷却至稍低于马氏体转变起点温度的温度并且随后被卷取或被吐成线圈，则残余奥氏体向马氏体转变就可在卷捆中进行。如此形成的马氏体组织不象在加速冷却至马氏体转变终点温度以下时那样地形成四角晶式内应力。通过在达到马氏体转变起点温度后的减速冷却，残余碳可扩散，并且形成的马氏体可内应力很小地转变成立方体的马氏体。据此，组织中的微裂纹被避免，这首先大大改善了材料的交变疲劳强度，譬如50 CrV4。
此外，有利的是，在具有先共析的碳化物析出的钢中，譬如在90MnCrV8或X36Mo17中，基于高的冷却速度，在晶界上的这些碳化物析出受到抑制，据此，材料的韧性被显著提高。如果基于很高的析出能力-譬如在含碳量高的情况下-仍造成析出，则这些析出是极细的并据此是基本上无害的。原因在于奥氏体具有极细的原始晶粒，与传统的调质方法相比，该原始晶粒具有大约10倍大的晶粒表面。
有利地利用这种效应，即在冷却时在长的轧材的边缘层中形成的马氏体通过芯部中的余热已被自回火。剩余的残余奥氏体接下来在线捆中转变成马氏体。前面已指出了有利的性能，特别是减少了形成裂纹的危险，淬火组织的内应力有所减小。
有利的是，冷却至低于马氏体转变起点温度的温度，即淬火在轧机中的终轧道次之后和在轧制组织的静态再结晶开始之前有利地被进行。在此期间，极细的奥氏体晶粒在终轧道次之后已对韧性起到有利作用，其中，最后的几个轧制道次最好在有所降低的终轧温度下进行。
此外，本发明还建议，在轧制过程中形成的和在冷却时同样被冷激出的二次氧化皮通过在卷取或吐丝时生成的破裂在必要时接着进行的酸洗过程之前已经机械地被去除。在线捆中形成氧化皮的问题不复存在，因为材料在淬火过程中被冷却到400℃以下。在该温度下不形成氧化皮。据此，前述缺点，即在酸洗时为了有把握地去除内部线圈上的氧化皮会使外部线圈过热，也不复存在。
由于按照本发明的方法，轧材直接从轧制热被淬火，线材的在重新加热至奥氏体化温度时和据此在必要高的炉温下出现的并对最终产品有负作用的边缘脱碳得以避免。
此外，可抗衡与奥氏体化联系在一起的粗晶粒形成。由于线材的冷却或者淬火过程是直接从轧制热进行的，特别是在静态再结晶之前进行的，所以奥氏体晶粒大大小于在从轧制热冷却后又重新加热至奥氏体化温度后淬火时的奥氏体晶粒。相应的粒度差别大致为9-10ASTM至6-7ASTM。通过较细的粒度组织，除材料的强度性能大为改善之外，韧性性能也得到大大改善。
最后，本发明建议的方法还有利于环保。用于冷成型的钢(加有合金元素硼)一般在盐浴中被等温转变，以便产生可冷成型的组织。除了在此期间出现的、沿线材长度的强度波动之外，盐浴很危害环境。在采用本发明的方法时，可放弃盐浴处理，因为钢种从轧制热被冷却至马氏体转变起点温度以下并随后在线捆中转变。
此外，本发明建议一种用于实施本发明方法的设备，该设备具有一台轧机以及设在其后的、用于卷取轧材的装置或用于吐丝的装置及用于输送线圈的输送装置和借助一个芯轴把线圈收集成捆的收集站以及一个直接在线地设在轧机之后的、用于把长的轧材限定地冷却至马氏体转变起点温度以下的冷却路段和一座设在卷取装置或吐丝机之后的回火炉。基于细粒的组织和在线捆中尚有的余热，该回火炉的长度可设计得比用传统的调质方法所需的炉长短得多。
本发明的方法有利地用于热处理50CrV4以及可调质的、具有先共析的碳化物析出的钢，如90MnCrV8或X36CrMo17或含硼的、随后冷成型成弹簧、螺钉、成型件等等的钢。目前恰恰是含硼的、用于冷成型的钢可从轧制热被调质。这些含硼的钢在冷成型之后在不进行附加调质的情况下具有所希望的强度。
Claims (12)
1．用于热处理线材的方法，其中，轧材被卷成或绕成线捆或借助一台吐丝机被转变成线圈形状，其特征在于，为了对线材进行调质，长的轧材直接从轧制热被冷却至低于马氏体转变起点温度的温度。
2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，轧材在冷却过程之后被卷取，被卷绕或被吐成线圈并且随后被回火。
3．按照权利要求1和2所述的方法，其特征在于，轧材被冷却至稍低于马氏体转变起点温度但高于马氏体转变终点温度的温度，使组织尚具有残余奥氏体并接着进行卷取过程。
4．按照权利要求3所述的方法，其特征在于，轧材在冷却过程之后，在有保温罩的情况下被控制到低于马氏体转变起点温度的温度。
5．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷却时在长轧材的边缘层中形成的马氏体通过芯部中的余热已经被自回火。
6．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在轧机中的终轧道次之后和在轧材的静态再结晶之前实施冷却至低于马氏体转变起点温度的温度。
7．按照权利要求5所述的方法，其特征在于，轧机中的用于调定细粒的轧制组织的最后几个道次或者最终道次在较低的终轧温度下进行。
8．按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，借助水冷从轧制热对轧材进行冷却。
9．按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在轧制过程中形成的和在冷却时同样被冷激出的二次氧化皮通过在卷取或吐丝时生成的破裂在必要时接着进行的酸洗过程之前已经机械地被去除。
10．用于实施权利要求1所述的方法的设备，具有一台轧机以及设在其后的用于卷取轧材的装置或用于吐丝的装置及用于输送线圈的输送装置和借助一个芯轴把线圈收集成捆的收集站，其特征在于，该设备还包括一个紧接轧机的、用于把长的轧材限定地冷却至马氏体转变起点温度以下的冷却路段和一座设在卷取装置或吐丝装置之后的回火炉。
11．按照权利要求10所述的设备，还包括一座紧接冷却路段的罩式炉。
12．权利要求1至9之一所述的方法的应用，用于用可调质的、具有先共析的碳化物析出的钢，如90MnCrV8或X35CrMo17生产线材产品或用含硼的钢生产线材产品并随后对其进行冷成型。
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