[其他]钢件在流化床中的热处理

说明书

本发明涉及钢在流化床中的热处理工艺，特别涉及金属线材在韧化处理中的淬火及其后的等温转变过程。

韧化包括加热碳钢线材至奥氏体相，一般高于800℃，然后在选定的温度下淬火，并使线材在该温度下保持足够的时间，以便完成奥氏体的等温分解。温度通常为550℃左右。目的在于获得细晶珠光体组织。线材随后进行拉制。

线材一般为普通钢或合金钢其含碳量为0.1%到＞1%，最好为0.25%到1.25%，可具任何截面，如正方形或矩形，最好是通用的面积大于0.15mm的园形截面。术语“线材”包括棒材，带材和其它细长型材。

在常规韧化处理中，淬火和转变步骤是在恒温下在铅浴槽中进行。尽管从熔铅吸热量大可以得到迅速冷却的观点来看，这种方法效果较好，但它存在不少问题。除了熔铅操作的环境和安全问题外，铅可能被带出以及由铅沾污而引起表面缺陷。

曾建议用强制气体或空气冷却代替铅浴槽但对于直径小于5mm的线材，那是不可靠的。而在拉丝厂中，大多数情况线材直径都小于5mm。

也曾建议用加热流化床设备。它相对于强制气体或空气处理而言，改善了热传导性能。典型的流化床设备是一个由固定水平板分隔成两室的耐火炉上室形成一个长的U形容器，在里面惰性粒状物（氧化硅，氧化铝，氧化锆等）被穿过水平底板而喷入的热气体加热并流态化。为此目的，水平底板上开有很多孔（钻孔或开狭缝）或者由多孔陶瓷材料如陶瓷板或多孔石棉板制成。在布风板下面的下室是集气室，流态化气体在压力下从这里进入粒子容器。由悬浮在具有适当速度（对平均粒子尺寸范围从150μ到500μ的粒子，通常为8～15cm/s）的流态化气体中的固体粒子形成的流态化粒子介质的作用就象液态热传导介质一样，并具有较高的热传导系数，其值介于强制空气冷却热传导系数和熔铅冷却热传导系数之间。

已发现，在这样的流化设备中处理的线材的机械性能和显微组织比铅浴处理的要差得多，发生偏离理想细晶珠光体组织的情况较多，形成相当数量的粗晶珠光体或贝氏体。与铅浴槽相比，这些问题被认为是流化床的低热容量和低热传导性能所造成，它导致低的冷却速度，并缺乏前后一致的等温转变条件。

为了克服这些问题，特别是对于直径大于2.5mm的棒材或粗线材，已在美国专利3，615083中提出了建议，采用分开的以冷空气流态化的予冷床，放置在奥氏体化炉与加热流化床之间。依据这个美国专利，采用前述工艺的问题是冷却速度不够快。试验表明，这个美国专利中的各种建议没有使线材质量得到必要的改进，特别是对于直径为3mm或更小的线材（尤其是直径为0.7～1.5mm者）在质量上没有得到改进。

我们现在确信，与流化床工艺有关的这些问题主要不是由冷却决定的，而在于难以选择床的温度，这个温度将令人满意地兼顾淬火与高温均热二者的要求。

在均热阶段应该发生相当的等温转变。但转变是放热的，线材温度将会升高。具有相当热容量的铅浴槽温度几乎可保持不变，但对于常规的流化床较大的温升就会发生。这会导致粗晶珠光体形成。另一方面，在转变阶段的高温均热之前的过冷，可能促使形成不理想的组织，如上贝氏体。

能可靠地获得细晶珠光体组织的温度带相对地窄，而获得最佳显微组织的温度带就更窄。在用于处理线材的常规加热流化床中，温度变化可能超过或大于这些最佳温度带。如果流化床的温度设定得足够低，将转变的放热性质也考虑在内，而低于许可的均热温度，那将会在淬火阶段有过冷的危险，并形成不理想的贝氏体。如果升高床温来避免这个问题，在转变阶段就会有过热的危险并形成不理想的粗晶珠光体。

美国专利3，615，083并没有提供这些问题的解决办法，尽管它设置了两个床，其布置极可能会导致过冷，特别是在处理细线材时。

本发明的目的在于至少解决一些与已知的流化床技术有关的问题。

为此，考虑到美国专利3，615，083的工艺，即在韧化操作中热处理钢线材的工艺，在该工艺中，奥氏体化的线材在第一个流化床段里淬火，然后转移到第二个流化床段，在那里相变发生，第二个段由流化气体加热。本发明的特征在于，第一个流化床段由流化气体加热，两段的温度分别控制。

本发明中的设备的特征在于，它具有供给热流化气体至第一流化床段的装置，以及分别控制第一段和第二段温度的装置。

根据本发明，没有必要同时兼顾淬火及转变的工艺要求。第二段的温度可以选定，输入的热量可以控制，以获得所需要的显微组织，而不影响第一段的淬火温度，反过来也一样。