CN1026499C - 耐蚀钢的热处理 - Google Patents

Abstract

一种耐蚀钢件的热处理方法，该耐蚀钢最好是以卷曲形式并具由有由奥正体转变到铁素体和碳素体的转变温度在650℃-850℃之间，并还具有一种组成，该组成使钢最好具有下列明显的机械性能；

弹性极限应力350兆巴，极限抗拉应力520兆巴，延伸率25%以及布氏硬度165，并且在低于5℃/分的冷却速度下一般不出现马区体微观结构，本方法包括：在上述转变温度下热加工钢件；冷却热加工后的钢件至低于转变温度，冷却速度在10℃/分和1℃分之间，以确保整个钢件不出现马氏体显微组织。

Description

本发明是关于耐蚀钢，特别是关于非奥氏体钢的热处理。

一般来说，耐蚀钢或多或少都含有铬，而且大部分用来生产各种厚度的滚轧钢板或薄钢板。这些钢通常是由铸勺从熔炼炉中取出钢水倒入钢坯或钢锭中连续铸造，然后对钢坯或钢锭进行热轧处理，将从热轧机中出来的钢板或薄钢板材料进行卷绕，然后在环境条件下冷却。接着将这种钢材进行热处理，包括再加热处理和退火或回火处理。在该退火或回火阶段结束时钢具有设计所要求的机械性质。

生产到这一阶段的钢可以被出售，或通过冷轧进一步降低厚度。

一般情况下，通常考虑在出售或冷轧之前对所有热轧钢卷进行退火或回火处理。

热处理过程可以是：

a.连续退火或回火处理。在此，钢卷被展开送到处理炉，在适合于某一特定钢号的温度下保温。典型的例子是，对于市场上出售的名为3Cr12钢，温度大约为750℃。

b.另一种方法，采用分批退火处理，其中将一个或多个钢卷置于一合适的炉中进行加热、保温和冷却循环，从而完成必要的退火或回火。分批退火循环所需要的整个时间取决于钢卷的质量，设备和设备的操作特性，但通常对于一批30吨钢卷需要30到40小时的时间。

c.还有一种方法，可以把钢切成适当的长度，并在某一设备如辊底式退火炉中对各个钢段进行退火。

通常采用上述处理方法的耐蚀钢按以下商品名称在贸易中销售，并分别具有如下应用：

处理方法A

如上所述的3Cr12-用于需要良好焊接特性的轻度腐蚀环境中。

处理方法B

4003-一种容器钢。

处理方法c

409-有限制地应用，如用于汽车排气装置。

410-刀具

如上所述，所有这些钢和所采用的处理方法都需要使用某种形式的退火炉，这就在生产和设备上涉及大量的资金消耗。

本发明的目的是提供一种热处理的方法和不采用退火炉生产耐蚀钢的设备。

根据本发明所提供的一种耐蚀钢件的热处理方法，其中耐蚀钢具有（1）奥氏体变化到铁素体和碳素体的相变温度A₃在650℃和850℃之间，（2）使钢通常具有下列机械性能的组成-

弹性极限应力    350兆帕

抗拉极限应力    520兆帕

延伸率    25%

布氏硬度    165

并且在冷却速度低于5℃/分时基本上不出现马氏体微组织本方法包括：

在上述A₃相变温度下热加工钢件;冷却热加工后的钢件至低于相变温度，冷却速度在10℃/分和1℃/分之间，以确保整个钢件不出现马氏体微观结构。

根据本发明，另一特征包括防止钢件过多的热量损失，在保温容器中部分地密闭钢件，保温容器内表面可以包含热反射体。

根据本发明，还有一特征是保温容器可以具有一个非传导的保温衬垫，并且底部可敞开并可适于从钢件的上面往下放。

根据本发明，还有一特征是钢件具有产生非奥氏体显微组织耐蚀钢所设计的材料组成，并且最好钢件的材料组成是在下列成分的范围内（重量%）：

铬    10～18%

锰    最大2.5%

硅    最大2.0%

镍    0.0～5%

碳    最大0.25%

氮    最大0.1%

钛    0～1.0%

钼    0～1.0%

钒    0～1.0%

锆    0～1.0%

铌    0～1.0%

铜    0～2.0%

铝    最大0.5%

磷    最大0.1%

其余是铁和不可避免的杂质。

根据本发明，还一特征是钢件材料组成的铁素体系数由下列公式确定- 铁素体系数＝%Cr+6×%Si+8×%Ti+4×%Nb+4×%Mo+2×%Al-2×%Mn-4×%Ni-40×（%C+%N）-20×%P-5×%Cu（%＝重量百分比），用所确定的钢件铁素体系数制作连续冷却的相变图，再用该图确定最少形成马氏体微观结构所需的冷却速度。最好是铁素体系数在8和12之间。

根据本发明，还一特征是钢件可以是卷曲的形式。

本发明包括实施这里所描述的热处理方法的设备，该设备包括一个基本上密闭钢件并具有保温性能的容器。所述容器可以具有反射性的内表面或具有一非传导的保温衬垫，或上述两者都具有。同时，该容器在底部敞开可适于从钢件上面往下放。

参照图示，本发明将会更详细地被描述，其中：

图1说明性能相对于钢卷即滚轧后空气冷却的钢卷位置的变化，钢卷在轧制过程中经过了轧钢机的水冷和延迟;

图2说明图1所示的性能变化，但在轧制过程中没有延迟或水冷;

图3说明钢卷质量对图1和图2所示的性能变化的影响;

图4表示CCT图的一典型例子;

图5表示同样CCT图的另一种表示;

图6和图7表示改变11%Cr钢的镍和磷的组成所产生的相变;

图8说明根据本发明的热处理后性能的变化。

参照图1至图3，所涉及的轧制后空气冷却钢卷类型是众所周知的，其性能变化通常如图1所示。一般都知道，引起这些钢卷机械性能较大程度变化的主要原因是：

ⅰ在轧钢机上的水冷却，和/或

ⅱ在热轧过程中由于操作问题引起的延迟，和/或

ⅲ有意停顿以便检查钢的规格。

这些性能变化使得有必要进行退火处理。当略去水冷却或操作上的延迟并实行不间断滚轧时，将产生如图2所示钢性质的变化图形，其中钢卷基本上是中心软而外部硬。进一步地说，对于已知钢卷宽度和钢的成分，钢卷质量对性能变化的影响在图3中作了图示说明。与连续冷却过程中钢的相变联系起来可以说明造成这些性能变化的原因，即所谓材料的连续冷却相变图（CCT曲线）。在一个热钢卷中不同位置上材料以不同的速度自然冷却。在环境条件下，钢卷的外缘以及内外层的搭接（叠层）处材料的冷却速度比钢卷中心处的冷却速度快得多。时间温度轨迹以及因此发生的显微组织的转变能够在钢卷内逐点的变化。

为了确定对本发明有用的铁素体系数，可使用R.H.Kaltenhauser型方程。将这些方程修正以包括磷的影响，在此磷的影响已成为更为重要的因素。

因此，铁素体系数＝%Cr+6×%Si+8×%Ti+4×%Nb+4×%Mo+2×%Al-2×%Mn-4×%Ni-40×（%C+%N）-20×%P-5×%Cu（%＝重量百分比）。

（上述铁素体系数公式是由R.H.Kaltenhauser在《金属工程季刊》1971年5月第41页的“改进铁素体不锈钢的工程性能”中所提出的。）Cu和P的系数已被分别预定为-5和-20。

图4表示具有10，44的铁素体系数的钢的组成在不同冷却速度时的CCT曲线。

图5中的另一CCT曲线表示同一种钢在一系列冷却速度下转变到预定相的百分比。

这里清楚地说明了这样一个事实，即相对某一特定组成存在一能够得到充分相变产品的临界冷却速度。比该临界速度慢的冷却速度不会对产品的性能产生显著影响。

因此，在CCT曲线（图4和图5）上相界线的位置取决于钢的组成。相界线可随着组成的改变而移动，如图6所示相对于镍成分的变化和图7所示相对于磷成分的变化例子。相界线的位置随组成的变化而改变的其它例子有：

增加镁、钴、铝和铌通常使上部相变区间向右移动，而增加钛、钒和钼通常使上部相变区间向左移动。

进一步的临界质量特性已通过钢的实际生产及具有8至12之间变化的铁素体系数而得到确定。

为了说明这个原理，采用一个保温箱，其***尺寸为1900立方毫米，一个25毫米的耐火纤维衬垫，钢卷的内径大约为760毫米，对于在绝热和环境条件下不同宽度冷却钢卷的临界质量如下所示：

宽度    1000±50    1250±3    1550±30

有罩    6吨    8.5吨    11.5吨

无罩    10吨    12.5吨    15吨

比“无罩”所示的钢卷质量还大的钢卷可以通过空气冷却，但是尽管如此，整个钢卷仍然可以得到预定相的转变。对于介于表中所示两个数值之间质量的钢卷可以在罩中冷却。该罩是一种底部敞开衬有如上所提到的适当保温材料制成的金属箱。对于“有罩”处理较低的限制可以通过更厚或更有效的保温而进一步减少。这里钢卷的尺寸和组成表明了是否需要使用罩。注意有一点很重要，即这些罩并不一定需要一直保持在钢卷上直至达到环境温度为止，一旦温度降到低于相 区间的上部时罩就可以撤掉。例如图4中，当温度降到600℃时就可以撤掉罩。

很清楚，钢卷的起始温度应高于相变区间开始温度。这一般是通过控制高于850℃的温度下完成轧制处理来实现。通常是进行热轧，而且对轧钢工没有附加要求。

为了进一步说明这一点，图8所示的68钢采用罩来生产。罩安置在钢卷上两个小时，然后撤除并罩在从轧钢机上轧出的下一个钢卷上。按这种方法，在20小时内用5个罩可有效生产1000吨以上的钢。因此，对于分批进行连续热处理的退火装置可以解脱出来用于传统奥氏体不锈钢的处理。

本发明可以适用于具有微量合金成分的钢中，如市场上所熟知的AISI    409，410，420以及具有更复杂成分组成的钢。那么，特别适用于本发明的钢的组成在以下范围内：

铬    10～18%

锰    最大2.5%

硅    最大2.0%

镍    0.0～5%

碳    最大0.25%

氮    最大0.1%

钛    0～1.0%

钼    0～1.0%

钒    0～1.0%

锆    0～1.0%

铌    0～1.0%

铜    0～2.0%

铝    最大0.5%

磷    最大0.1%

其余是铁和不可避免的杂质。

以下是适用的钢组成的例子：

C P Mn Si Ti Cr Ni N₂V

.025    .025    1.2    0.4    0.35    11.25    0.6    0.015    .1

.015    .025    1.0    0.5    -    11.2    0.15    0.015    .1

上表单位为重量百分比。

在上述组成范围内有许多钢不适用于本发明，因为它们的CCT曲线要求很低的冷却速度，这对于成吨的大批量生产不适用。然而，改变这种情况也是可能的，例如，一种方法是增加钼或钛的百分比小数。

对于本领域的熟练技术人员来说，本发明的效果是很清楚的。具有退火装置并生产耐蚀钢板的轧钢机的生产率仅由于避免了退火处理造成的停顿而提高。

进一步地说，不具有退火装置的轧钢机可以采用本发明的方法生产轧制钢板。

更进一步地说，对于实际上需要分批退火周期很长的钢型现在可以利用大质量与保温结合起来进行生产可获得所需要的性质，而不用分批退火处理。

本发明所涉及的耐蚀钢是非奥氏体的，特别是这些钢不发生马氏体和贝氏体的相变。因此使钢具有通常只在控制退火处理后才能得到的所有工程性能。

再进一步地说，已经发现这些钢的合金组成在许多情况下不必须包含稳定元素，如钛、铌、锆或钒，条件是适当地降低含碳量。例如，这些钢适用于制造船外壳，斜槽和漏斗衬垫，矿车，煤和糖的清洗装置以及通常适用于湿的滑动磨擦条件。

采用本方法可以显著地减少能量。加热一吨钢到例如750℃所需要的能量理论值取决于钢的热性质。通常，对于13%铬钢每吨大约350MJ。连续退火、分批退火或辊底式炉的热效率取决于设计和实际操作，但20%至25%是示出的合理值。因此每吨所用的实际能量大约为1400MJ。

能量的费用随着能源如燃气、煤、石油或电而大大改变，并且一个国家到另一个国家也不容易作出进一步的比较。

从本发明中得到的主要益处是节省开支，而这个益处来自于省去了退火或回火。特别有效的节省取决于每个轧钢机上现有的装备以及产品的混合性即奥氏体与非奥氏体不锈钢的比例。在某种特定情况下，按照本发明方法可以达到大约提高12%的生产率。另外，采用本方法可以生产以现有设备过去不可能生产的钢号。

例如，美国钢铁学会分类的410和420号钢是可硬化的不锈钢，用于刀具和切削工具中。将这些钢在软化的条件下提供给用户，而用户将其制成所需要的形状如刀片后再将其硬化。现行的生产过程涉及钢的回火或退火处理，运走以前一般在分批退火设备中退火。而采用本发明，在热轧后不必进行任何热处理就可以制得处于充分软化的状态的钢。

Claims (5)

1、一种耐蚀钢件的热处理方法，该钢件的奥氏体转变到铁素体和碳素体的相变温度(A3)在650至850℃之间；并且在冷却速率低于10℃/分钟条件下所得钢的组成实质上不存在马氏体显微组强；该方法的特征在于：

(a)将一种耐腐蚀钢件在高于上述A3相转变温度条件下进行热加工，

(b)将该热的钢件保温，以防过多损失热量；

(c)使保温的经过热加工的钢件冷却至低于所述相转变温度，其测定的冷却速度在每分钟10℃至1℃之间，以确保整个钢件中实质上不存在马氏体显微组织，从而得到经热处理的钢件。

2、按权利要求1的方法，其特征在于该组分组成如下，按重量：

铬  10-18%

锰  最高2.5%

硅  最高2.0%

镍  0.0-5%

碳  最高0.25%

氮  最高0.1%

钛  0-1%

钼  0-1%

钒  0-1%

锆  0-1%

铌  0-1%

铜  0-2%

铝  最高0.5%

磷  最高0.1%

其余量为铁和不可避免的杂质。

3、按权利要求1的方法，其特征在于，所述为防止过多损失热量的钢件保温是将该钢件至少一部分封闭在保温容器中进行的。

4、按权利要求3的方法，其特征在于，所述保温容器是底部打开的，该方法包括将该容器下降到套住该钢件，从而将钢件封闭在该容器中，并且在钢件渐冷却的过程中，有热量从该容器的内表面反射上去。

5、按权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，包括将该经热加工的钢件成型成为钢卷，然后才进行以每分钟10℃至每分钟1℃的速度冷却该钢件的过程。

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