摘要：在线热处理，目前已广泛地应用在世界各地的棒材生产线，现在随着技术的发展，在高速线材生产中此技术也得以广泛应用。通过轧钢过程中的在线热处理，可使轧件的金相结构得到合理的改善，获得较好的组织结构，从而提高轧件的机械性能，而且使钢材的焊接性、延伸性等不会受到影响。
关键词：钢材生产在线热处理；金相组织；
前言：金相检验是检测微观组织简单有效的手段之一，金相组织中可反映出大量在冶金、生产工艺、服役期间材料发生变化的信息，通过分析失效组织变化可了解材质劣化情况，为特种设备安全状况等级评定提供依据。
一、钢材轧制在线热处理过程
钢在热轧过程中其组织有一定的变化规律，对于低碳钢、低合金钢、微合金化钢和多数合金钢都是在奥氏体区进行轧制，轧制后，随轧件温度的降低，由奥氏体向铁素体或渗碳体及珠光体转变，在这些过程中也有某些碳化物析出。轧件在热轧过程中由于热变形的作用，形变诱导相变，促使变形奥氏体向铁素体转变，相变后的铁素体在高温下晶粒容易长大，珠光体晶粒片层间距增大，引起力学性能降低，为了达到细化铁素体晶粒，减小珠光体晶粒的间距而采用轧后控制冷却。对中高碳钢变形后，由于变形作用，碳化物要析出，而且在高温时碳化物要长大，这样降低了钢的韧性，因此采用轧制后快速冷却工艺可以防止碳化物的析出，改变其组织结构，从而提高机械强度。钢材轧制后的在线热处理，一般分以下三步：第一，淬火阶段：由布置在最后机架的水冷系统组成。合理有效的水冷设备可以使轧件在此处得以强烈冷却，在轧件表面，其冷却值超过马氏体临界值，因而可以在表面形成马氏体结构。第二，回火阶段：此时轧件经过水冷系统后暴露在空气中，心部的热量会传到表层，那么对表面进行回火，即所谓的自回火。第三，最后冷却：此阶段发生在后面，主要是心部的奥氏体进行等温相变，获得最终的金相组织状态。
二、钢材生产在线热处理的金相组织
1.钢材冷却曲线与淬火介质冷却特性的水平。通常从热处理连续冷却转变图可以给出淬火油的理想冷却曲线。传统习惯是把淬火油作为独立分支从专业角度研究如何使淬火油具备理想冷却曲线的形状。精细化的研究是要把淬火油的冷却曲线与钢材的连续冷却转变图作对比，在不同温度区间段，调整淬火油的冷却特性使其符合预期效果。淬火油作为热处理的一种辅料，开发的淬火油要有广泛的适用性才会有工业意义和商业价值，所以淬火油冷却曲线的特性温度与钢材冷却曲线几个温度吻合点其实是不需要特别精确的，与钢材的临界点温度高度吻合也没有意义，仅可用于理论探讨和理论分析，即相关特性温度不要违反热处理原理、不违背上述原则就可以。如淬火油的沸腾阶段的特性温度应当介于材料的Ac1临界温度与等温转变图鼻子处温度之间，淬火油的对流阶段特性温度原则上要略高于钢材马氏体开始转变温度，但在对流开始温度之前，冷却速度降低到很慢，对流开始温度即使低于钢的马氏体开始转变温度Ms点，也是可以的。无论理论上还是工业实际生产中很难得到淬火油的特性温度与钢材临界温度的基础数据的精准结果，两者高度吻合很难做到，也无必要，匹配应用时没有问题即可。出现问题时根据实际情况找出真正原因再进行调整。这也是相同或相近的材料零件大小结构也接近时可以共用淬火油的原因。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实际上工件确定条件下适用的冷却速度曲线是一条宽带，我们可以把能够得到要求淬火硬度的最小冷却速度曲线定义为最低冷却速度分布线，工件允许的不会淬裂的最大冷却速度曲线定义成最高冷却速度分布线，介于两条分布线之间的冷却速度都是可以适用的，如何最佳化去满足热变形要求和其他特殊要求是淬火油优化的永恒课题。把淬火油的冷却特性曲线与对应材料的连续冷却转变图平行地摆放在一起，看看两者几个特性温度和冷却速度是否匹配，是判断淬火油适用性的正确而且重要的方法。
2.回火阶段。在淬火阶段，轧件的心部及表面冷却速度是不一样的，表面的冷却速度要比心部快得多，表面大约在几秒之内便由轧制温度的950℃左右冷却到200℃左右，因此表面高温的奥氏体经过此强冷后，将转变为马氏体组织，而此时心部温度保持在高温区，其结构仍是奥氏体组织。回火过程即为自回火，主要是心部保持的高温与表层低温的相互传导，心部的热量在较短的时间内传到表层，与表层的温度最终达到一致，经过淬火阶段形成的马氏体组织是不稳定的，有自发转变为铁素体和渗碳体平衡组织的倾向。由于轧件自身的心部热量回火，可以使这种转变容易进行。在200℃左右回火，高碳钢有碳化物析出，其中主要是马氏体组织；中碳钢回火仍保持淬火时形成的板条和片状马氏体形态；而对低碳钢淬火后将获得板条状马氏体组织，经过回火后，只有碳原子的偏聚，而没有任何碳化物析出，其形态是保持不变的，因此回火后得到的回火马氏体仍为板条状结构。在此阶段中，由于最终的温度已达600℃。
3.冷却过程控制。淬火油选定后，还需要注意淬火过程控制参数。淬火油通常是根据材料相变特性和导热特性以及淬火件的技术要求，有时还需要进行试验验证而事先选择的，供需双方制订技术协议约定淬火油的技术参数。淬火油使用温度影响介质黏度和流动性及淬火油溶质的附着状态，从而影响淬火油与工件的热交换和冷却速度。淬火冷却介质运动状态影响的是淬火油的烈度和温度均匀性。淬火过程时间不仅指总冷却时间，而且精准的是指通过相变区特性点的冷却时间，即冷却过程中淬火油蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段三个热交换过程的时间转换点和钢材等温转变图最不稳定点及马氏体转变点的时间是否基本能够匹配。这些时间阶段是由理论计算并经试验验证而确定的。材料和淬火冷却介质已经确定的情况下，冷却过程控时浸淬系统是在冷却过程中按照时间阶段进行控制的装置。现场控制的主要手段是调整控制油量和装炉量，控制搅拌强度使工件在淬火冷却的各个阶段获得不同的冷却速度，例如在淬火初始阶段搅拌速度最大，在接近马氏体转变点时，搅拌速度降到最小。冷却过程的时间和搅拌速度是由计算机控制的。对流阶段开始的温度高，这样在低温阶段即开始马氏体转变以后的冷却速度比较缓慢。待冷到马氏体转变温度范围，过快的冷却速度会产生过大的组织应力，可能引起工件变形甚至开裂，所以在马氏体转变期间冷却速度应慢一些。在不同温度范围内冷却速度都会影响零件残余应力状态。采用合理的淬火冷却介质及搅拌速度可使零件冷却均匀，减少淬火应力。
在线热处理是一个十分有效的方法，通过它可以改善轧件的内部组织结构，从而获得较好的机械强度。轧件的在线热处理，可以通过淬火形成表层的马氏体组织，又通过心部热量外传，对表层马氏体自回火，使表层得到回火马氏体组织。而心部由于表层的冷却，致使温降较大，从而细化了生成的珠光体组织。这不仅加强了表层的硬度，而且使心部组织也得以改善。因此，能够经济地获得高机械性能的钢材。
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论文作者:段志新,朱立群,康波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/2
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