專利名稱：一種金屬板材熱處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種金屬板材熱處理的方法和裝置,適用于可通過熱處理改變合金性能的金屬板材進(jìn)行熱處理，尤其是需要通過一次熱處理直接使合金板材的兩面獲得不同性能的方法及其裝備。
背景技術(shù)：
目前，合金板材因其各種特性而被廣泛應(yīng)用于多種場合，隨著其應(yīng)用場合的拓寬以及技術(shù)的發(fā)展，對(duì)合金板材的性能也相應(yīng)提出了更多的要求。在某些特定使用場合下，需要金屬板材的工作表面具有很高的硬度與耐磨性能以滿足抗工作磨損需求，而非工作表面具有一定的塑性與韌性，使其在成形變形的過程中具有一定延展性，滿足金屬板材的成形要求或是滿足構(gòu)件減震吸能的作用。現(xiàn)有金屬板材大多都是基于熱處理改變其性能，在鋼鐵以及鋁合金材料中尤顯突出，多種鋼鐵材料以及鋁合金均可以通過熱處理控制合金中第 二相的含量以及種類，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)合金性能的控制。熱處理過程中冷卻方式的不同會(huì)導(dǎo)致冷卻速度的不同，而不同的冷卻速度，會(huì)得到性能不同的金屬。經(jīng)傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)處理之后的板材一般具有整體同一性，即板材的兩個(gè)表面具有相同的物理、化學(xué)性能,往往不能直接得到兩表面性能不同的合金板材，滿足某些特殊工作場合的需求，通常只能通過額外的附加熱處理以及化學(xué)處理(如表面高頻淬火，滲碳以及滲氮等方法)來獲得兩面具有不同性能的合金板材，其不僅耗時(shí)費(fèi)力，且處理不方便，裝置復(fù)雜程度高，附加成本大。而現(xiàn)有的多種應(yīng)用場合卻往往需要同一合金板材性能具有兩面異性，如耐磨鋼板在混凝土攪拌滾筒里的應(yīng)用，其需要工作表面具有很好的耐磨性；非工作表面具有一定的延展性，以滿足滾筒的綜合成形要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服采用傳統(tǒng)熱處理技術(shù)得到合金板材兩面異性的不便與復(fù)雜、高成本的缺點(diǎn)，本工藝及其裝備采用在最終成品板材熱軋制或熱處理過程中直接對(duì)板材雙面采用不同的熱處理方法以達(dá)到處理之后板材兩面具有需要的力學(xué)、化學(xué)性能，生產(chǎn)出滿足要求的金屬板材。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在熱處理改變合金性能的合金板材熱軋或熱處理過程中，直接對(duì)板材兩面按生產(chǎn)實(shí)際需求分別采用對(duì)應(yīng)的熱處理，控制板材兩表面的合金組織、第二相的種類與數(shù)量，從而控制合金板材的性能，使得合金板材能通過一次熱處理就能使兩面的性能滿足相應(yīng)的需求。具體過程為在熱處理生產(chǎn)線的上下表面分別設(shè)置冷卻、加熱以及水泵噴水冷卻裝置，當(dāng)需要對(duì)合金板材上、下表面進(jìn)行加熱處理時(shí)，打開設(shè)置在合金板材上、下表面的加熱控制系統(tǒng)對(duì)合金板材進(jìn)行加熱，加熱的方式可以設(shè)置為采用可燃?xì)怏w點(diǎn)燃實(shí)行噴火加熱或是高頻表面淬火的方式進(jìn)行；而當(dāng)需要對(duì)合金板材上、下表面進(jìn)行非常規(guī)冷卻處理時(shí)，通過控制對(duì)稱設(shè)置在板材上下表面的冷卻處理裝置，對(duì)板材進(jìn)行冷卻處理，冷卻處理裝置可以采用噴撒液氮或是吹風(fēng)等方式進(jìn)行；而需要對(duì)板材進(jìn)行常規(guī)的噴水冷卻時(shí)，同樣可以打開連接有水泵的控制系統(tǒng)，打開水泵對(duì)板材需要進(jìn)行噴水冷卻的表面實(shí)行噴水冷卻。本發(fā)明裝置主要分為軋輥系統(tǒng)、冷卻裝置、加熱裝置、水泵系統(tǒng)以及輥道系統(tǒng)，冷卻裝置包括冷卻處理系統(tǒng)與冷卻輔助裝置，二者的連接通道中設(shè)置有開關(guān)控制閥門，冷卻處理系統(tǒng)在板材的上下表面對(duì)稱布置，冷卻輔助裝置中預(yù)裝有快速冷卻介質(zhì)以及控制操作開關(guān)，快速冷卻介質(zhì)有如液氮、干冰或是冷卻壓縮空氣等，可用于快速冷卻，冷卻處理系統(tǒng)里邊裝有強(qiáng)勁冷卻風(fēng)扇以及均布的冷卻液噴射小孔；加熱裝置包括加熱處理系統(tǒng)以及與之相連接的加熱輔助裝置，連接通道中設(shè)置有開關(guān)閥門，加熱處理系統(tǒng)在合金板材兩側(cè)對(duì)稱布置，加熱輔助裝置中設(shè)置有可燃?xì)怏w儲(chǔ)存裝置以及控制操作開關(guān)，加熱處理系統(tǒng)設(shè)置有高頻加熱裝置以及電子點(diǎn)火噴火系統(tǒng)，可以對(duì)合金板材進(jìn)行表面高頻加熱或是可燃空氣經(jīng)由電子點(diǎn)火裝置點(diǎn)火噴火加熱；水泵系統(tǒng)由噴水冷卻處理系統(tǒng)與經(jīng)由開關(guān)控制閥門相連接的水泵以及控制裝置所組成，噴水冷卻處理系統(tǒng)于合金板材上下表面對(duì)稱布置；軋輥系統(tǒng)以及輥道系統(tǒng)均按常規(guī)方式布置。 不同的熱處理制度對(duì)亞共析鋼的最終組織以及性能會(huì)造成很大影響，同一成分共析鋼，退火處理(加熱之后緩慢降溫處理)具有能降低板材硬度，細(xì)化晶粒以及消除內(nèi)應(yīng)力的作用，當(dāng)采用退火作為終了熱處理時(shí)，最終的成品板材一般具有硬度低，韌性、塑性好等特點(diǎn)；當(dāng)采用淬火(加熱之后快速降溫處理)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行終了熱處理制度時(shí)，共析鋼板材最終的相組織主要為馬氏體組織，而馬氏體具有很高的硬度、優(yōu)良的耐磨性，但塑性以及韌性較差的特點(diǎn)，因而最終得到的亞共析鋼也具有高硬度、高耐磨性以及低塑性與低韌性的特點(diǎn)。本發(fā)明熱處理改變合金性能的金屬板材兩面具有不同的物理化學(xué)性能，以滿足不同的使用場合，且具有操作簡單，適用場合廣、柔性好的特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明熱處理方法及裝置的正面示意圖。圖2是本發(fā)明熱處理方法及裝置的三維立體圖。圖I中(I, 10).軋輥，(2,3,4, 7,8,9).開關(guān)控制閥門，5.需冷卻合金板材，6.導(dǎo)
向輥軸。圖2中11.冷卻處理系統(tǒng)，12.加熱處理系統(tǒng)，13.水冷系統(tǒng)，14.水泵以及輔助裝置，15.加熱輔助裝置，16.冷卻輔助裝置。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式如圖I和圖2所示，在裝置主視圖與三維斜視視圖，冷卻處理系統(tǒng)11與冷卻輔助裝置16相連接，且冷卻處理系統(tǒng)11在板材的上下表面對(duì)稱布置，連接通道中設(shè)置有開關(guān)控制閥門(2，9);加熱處理系統(tǒng)12則與加熱輔助裝置15相連接，并在連接通道中設(shè)置有開關(guān)閥門(3，8)，在合金板材5兩側(cè)對(duì)稱布置；同樣的，噴水冷卻處理系統(tǒng)13也經(jīng)由開關(guān)控制閥門(4，7)與水泵以及控制裝置14相連接，并將噴水系統(tǒng)13于合金板材5上下表面對(duì)稱布置。冷卻輔助裝置16中可設(shè)置有多種冷卻介質(zhì)如液氮、干冰或是冷卻壓縮空氣等，當(dāng)需要進(jìn)行冷卻時(shí)，經(jīng)由該輔助裝置16選擇相應(yīng)的冷卻介質(zhì)對(duì)合金板材5表面進(jìn)行冷卻處理；力口熱輔助裝置15中可設(shè)置可燃?xì)怏w儲(chǔ)存裝置，而加熱處理系統(tǒng)12可設(shè)置高頻加熱處理裝置等，當(dāng)合金板材5需要進(jìn)行加熱處理時(shí)，選擇對(duì)應(yīng)的加熱方式，控制開關(guān)閥門3或者開關(guān)閥門8對(duì)合金板材5表面進(jìn)行加熱處理。
當(dāng)需熱處理合金板材5在熱軋以及加熱之后需要進(jìn)行熱處理時(shí)，將其放于導(dǎo)向輥軸6上，通過導(dǎo)向輥軸6的或是軋輥(1，10)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)合金板材向左/右移動(dòng)。當(dāng)熱處理安排對(duì)合金板材5的上表面加熱時(shí)，啟動(dòng)加熱輔助裝置15，打開開關(guān)閥門3，開始對(duì)上表面進(jìn)行加熱，對(duì)下表面的加熱處理同樣只需要啟動(dòng)加熱輔助裝置15，打開開關(guān)閥門8即可；當(dāng)需要對(duì)合金板材5下表面進(jìn)行快速冷卻時(shí)，可以將冷卻輔助裝置16開啟，選取其中存儲(chǔ)的液氮或是其余適用于快速冷卻的介質(zhì)，開啟開關(guān)閥門9，對(duì)合金板材，5表面噴射快速冷卻介質(zhì)進(jìn)行快速冷卻，其噴射壓力大小根據(jù)開關(guān)閥門9的開啟程度以及冷卻輔助裝置16的設(shè)置共同決定，對(duì)上表面的快速冷卻亦然可以通過相關(guān)控制閥門完成；當(dāng)根據(jù)需求要對(duì)合金板材5上表面進(jìn)行噴水冷時(shí)，可以打開水泵及輔助裝置14，開啟開關(guān)閥門4，對(duì)合金表面噴加水冷卻液，以冷卻需冷卻合金板材5，并得到相應(yīng)性能，下表面亦可開啟相關(guān)閥門7與水泵及輔助裝置16同樣處理。注也可以根據(jù)實(shí)際需要，冷卻輔助裝置16中的冷卻介質(zhì)替換成需要的冷卻介質(zhì)；將加熱輔助裝置通的加熱介質(zhì)或是加熱方法合理的選擇；同時(shí)，水泵及其輔助裝置14抽取的水中也可根據(jù)實(shí)際需要添加相關(guān)合金元素等對(duì)合金板材5噴水冷卻處理。實(shí)施例I 現(xiàn)有合金板材為亞共析鋼，在板材上表面需要進(jìn)行退火處理以獲得具有一定韌性、塑性的表面；下表面需要采用極速冷卻處理的方法獲得大量馬氏體組織，得到高硬度，高耐磨的合金組織，為達(dá)到上述兩目的，本冷卻方案設(shè)計(jì)為將合金板材置于導(dǎo)向輥軸之上，并對(duì)板材5上表面采用加熱到770°C之后空冷處理；下表面采用加熱到770°C之后液氮噴灑極速冷卻處理；因合金板材只需要表面一定深度范圍內(nèi)獲得一定性能，故對(duì)合金板材5的加熱方式設(shè)置為表面高頻加熱，當(dāng)然，也可根據(jù)需要對(duì)合金板材進(jìn)行預(yù)加熱處理之后放置于導(dǎo)向輥之上，本實(shí)施例采用對(duì)合金板材5進(jìn)行表面高頻加熱處理。其具體實(shí)施方法為將冷卻輔助裝置16中添加好適量的壓縮液氮；將合金板材5置于導(dǎo)向棍軸6之上后,轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向棍軸6,開動(dòng)軋棍(1，10)，將合金板材5帶動(dòng)開始向左滾動(dòng)，開啟加熱輔助裝置15，打開開關(guān)控制閥門(3，8)開始對(duì)合金板材5的上下表面同時(shí)加熱；啟動(dòng)冷卻輔助裝置16，選擇其中預(yù)先添加的液氮為冷卻介質(zhì)，待合金板材5運(yùn)行至冷卻裝置11之下時(shí)，開啟開關(guān)控制閥門9，對(duì)合金板材下表面進(jìn)行液氮噴灑極速冷卻處理。實(shí)施例2 現(xiàn)需要獲得一塊兩面異性亞共析鋼板其一個(gè)表面因工作需要應(yīng)具有極速冷卻處理獲得高硬度、高耐磨性，而另一個(gè)工作表面對(duì)硬度與耐磨性具有一定要求的同時(shí)還需要兼顧塑性與韌性?，F(xiàn)針對(duì)此要求制定熱處理工藝為板材的下表面處理之后具有高硬度、高耐磨性能，進(jìn)行高壓液氮淬火處理；板材上表面按需求為具有良好的塑性與韌性，采取加熱之后噴水冷卻。處理方式為將鋼板5加熱到770°C，置于輥道6上并在輥道6的牽引下向左/右移動(dòng)，啟動(dòng)冷卻輔助裝置16，選取預(yù)先添加的液氮作為冷卻介質(zhì)，開動(dòng)開關(guān)閥門9對(duì)板材的下表面進(jìn)行液氮噴灑冷卻；同時(shí)，開啟水泵及其輔助裝置14，打開開關(guān)控制閥門4，抽取水對(duì)板材5的上表面噴灑冷卻，得到所需性能板材。
權(quán)利要求
1.一種金屬板材熱處理方法，其特征在于在熱處理改變合金性能的合金板材熱軋或熱處理過程中，直接對(duì)板材兩面分別采用熱處理，控制板材兩表面的合金組織、第二相的種類與數(shù)量，從而控制合金板材的性能，使合金板材能通過一次熱處理就能使兩面的性能滿足相應(yīng)不同的需求。
2.一種金屬板材熱處理采用的裝置，其特征在于包括軋輥系統(tǒng)、冷卻裝置、加熱裝置、水泵系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)，冷卻裝置包括冷卻處理系統(tǒng)與冷卻輔助裝置，二者的連接通道中設(shè)置有開關(guān)控制閥門，冷卻處理系統(tǒng)布置在輥道上下，冷卻輔助裝置中預(yù)裝有快速冷卻介質(zhì)和控制操作開關(guān)，冷卻處理系統(tǒng)裝有冷卻風(fēng)扇以及均布的冷卻液噴射小孔；加熱裝置包括加熱處理系統(tǒng)和與加熱輔助裝置，二者的連接通道中設(shè)置有開關(guān)閥門，加熱處理系統(tǒng)布置在輥道的上下，加熱輔助裝置中設(shè)置有可燃?xì)怏w儲(chǔ)存裝置以及控制操作開關(guān)，加熱處理系統(tǒng)設(shè)置有高頻加熱裝置以及電子點(diǎn)火噴火系統(tǒng)，對(duì)合金板材進(jìn)行表面高頻加熱或是可燃空氣經(jīng)由電子點(diǎn)火裝置點(diǎn)火加熱；水泵系統(tǒng)由噴水冷卻處理系統(tǒng)與經(jīng)由開關(guān)控制閥門相連接的水泵以及控制裝置所組成，噴水冷卻處理系統(tǒng)于輥道的上下分別布置；軋輥系統(tǒng)以及輥道系統(tǒng)用來帶動(dòng)合金板材并進(jìn)行熱處理。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬板材熱處理采用的裝置，其特征在于所述的快速冷卻介質(zhì)是液氮、干冰或冷卻壓縮空氣。
全文摘要
一種金屬板材熱處理方法，本發(fā)明在熱處理改變合金性能的合金板材熱軋或熱處理過程中，直接對(duì)板材兩面分別采用熱處理，控制板材兩表面的合金組織、第二相的種類與數(shù)量，從而控制合金板材的性能，使合金板材能通過一次熱處理就能使兩面的性能滿足相應(yīng)不同的需求。在熱處理生產(chǎn)線的上下表面分別設(shè)置冷卻、加熱以及水泵噴水冷卻裝置，當(dāng)需要對(duì)合金板材上、下表面進(jìn)行加熱處理時(shí)，打開上、下表面的加熱控制系統(tǒng)對(duì)合金板材進(jìn)行加熱；需要非常規(guī)冷卻處理時(shí)，通過控制對(duì)稱設(shè)置在板材上下表面的冷卻處理裝置，對(duì)板材進(jìn)行冷卻處理。本發(fā)明熱處理改變合金性能的金屬板材兩面具有不同的物理化學(xué)性能，操作簡單，適用場合廣、柔性好。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102719648SQ20121024093
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者宋滿新, 朱弘源, 祁小紅, 肖政兵, 謝東麗, 黃元春 申請人:中南大學(xué)