[发明专利]钢材奥氏体化热处理用铅浴合金及其加工工艺

说明书

本发明公开了钢材奥氏体化热处理用铅浴合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:1.8‑2.5wt.%,Re:0.2‑0.8wt.%,Ge:0.5‑1.0wt.%,Nb:0.5‑1.0wt.%，Sr:1.0‑2.0wt.%,Ba:0.2‑0.5wt.%,余量为Pb。该奥氏体化热处理铅合金研制对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铅合金。

背景技术

我国钢材的产量和结构品种逐年增加，钢材生产企业也一直致力于生产工艺的优化，通过设备改善和工艺调整，不断降低生产各工序的断丝率，提高生产效率和综合成材率。热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，改变材料表面或内部的化学成分与组织，获得所需性能的一种金属热加工工艺。热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。

加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，近而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。奥氏体化是指将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程，加热的工件，使温度达到共析温度以上，使常温下的铁素体和渗碳体再转变回奥氏体。在保证碳化物完全溶解的前提下，奥氏体的晶粒应细小，这样转变后可以得到晶粒细小的索氏体组织。晶粒细化对钢丝的强度、韧塑性、疲劳性能等都有好处。

普通的马弗炉加热因加热速度慢，过热度较小，奥氏体的实际形成温度较低，形核率比较低，难以获得细小的奥氏体晶粒，一般只能达到8级以下的晶粒度。而且马弗炉加热时由于钢丝高温停留时间长，炉内保护气氛不好，钢丝表面脱碳也较多。循环处理法可以细化晶粒，但钢丝表面脱碳也会增加。采用感应加热方法，由于加热速度快，表面温度高,尽管可以达到10级左右的晶粒尺寸，钢的表面脱碳非常明显,而且表面附近晶体过烧严重。

长时间以来,铅浴作为奥氏体化后铅浴淬火形成屈氏体而在热处理领域得到了广泛的应用。铅浴加热是将钢丝在铅熔体中加热至910℃左右，随后在熔融铅浴中快速冷却。由于零件通常较小(如盘条)，故可得到细小的珠光体组织，而无初生铁素体的析出。通过铅浴淬火，可以保证线材中的主要组织为单一的索氏体组织或索氏体组织加少量块状铁素体，通过索氏体中的铁素体和渗碳体的均匀排列使得线材具有良好的综合性能。

但由于铅雾粉尘形成的有毒物质难以处理或回收，从保护环境意识出发，越来越需要遵守严格的安全健康法规。虽然目前工业界开发了许多控冷方法，如次声冷却、喷雾冷却、ED法、S-EDC法、DLP法等，但均不能完全达到铅浴的效果，不能用线材直接生产成品制绳钢丝，因此钢企业仍然把铅浴作为热处理的一种目前还不能替代的手段。

但是必须看到,铅浴作为一种有效的导热介质,还具有很多有益的特点。当作为奥氏体化工作环境介质时,这种技术既能控制奥氏体加热速度又能控制加热环境。钢丝的奥氏体化过程中，如果钢丝暴露在空气中，就会产生表面脱碳。铅浴奥氏体化使钢丝在奥氏体化过程中浸于融铅内，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，和普通加热方法比，提高了钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。

现阶段国内铅浴热处理领域存在着一些问题，行业整体发展大而不强，还不具备和世界同行业发达国家抗衡的能力，普通产品产能过剩，高端产品依赖进口。工业规模达到世界较大，整体装备和部分技术接近或达到国际先进水平，整体装备工艺技术整体落后，生产效率低，资源能源消耗大。铅浴合金热处理开发领域落后，不仅仅是刚才热处理加工的基础问题，还和行业上下游息息相关，整体工业落后使得我们的合金体系序列开发产生影响。