连续式热处理炉.pdf

本发明提供一种连续式热处理炉，具有：加热室，所述加热室用于在惰性气体气氛中对处理对象进行加热；前室，所述前室设置在所述加热室的一端；以及用于在惰性气体气氛中冷却所述处理对象的第一冷却室、真空净化室、以及用于在氧化性气体气氛中冷却所述处理对象的第二冷却室，所述的第一冷却室、真空净化室和第二冷却室按照这样的顺序与所述加热室的另一端相连，其中在所述加热室中对由所述前室转移至所述加热室的处理对象进行加热，然后根据所述处理对象的种类，对所述处理对象进行冷却，所述冷却选自在所述第一冷却室中于惰性气体气

1.  一种连续式热处理炉，具有：
加热室，该加热室用于在惰性气体气氛中对处理对象进行加热；
前室，该前室设置在所述加热室的一端；以及
用于在惰性气体气氛中冷却所述处理对象的第一冷却室、真空净化室、以及用于在氧化性气体气氛中冷却所述处理对象的第二冷却室，所述的第一冷却室、真空净化室和第二冷却室按照这样的顺序与所述加热室的另一端相连，
其中在所述加热室中对由所述前室转移至所述加热室的处理对象进行加热，然后根据所述处理对象的种类，对所述处理对象进行冷却，所述冷却选自在所述第一冷却室中于惰性气体气氛中进行的冷却、以及在所述第二冷却室中于氧化性气体气氛中进行的冷却中的一种冷却方式。

连续式热处理炉
技术领域
本发明涉及一种用于对由钢材制成的处理对象进行热处理的连续式热处理炉，其中所述钢材例如为卷绕成线圈形式的线材以及线材坯(rod stock material)。
背景技术
对于通过热轧而获得的线材或线材坯(下文称作轧制材料)，为了在进行诸如拉丝等二次加工之前提高其加工性，可对其进行退火处理；并且对于通过对轧制材料进行拉丝而获得的线材(下文称作拉伸材料)，在对其进一步进行拉丝以获得更小的直径的情况下，可对其进一步进行另外的退火处理以提高其加工性。
在上述待进行退火处理的对象中，由于轧制材料具有因热轧而在其表面上形成的鳞皮(rolling scale)，因此有人提出了这样的热处理装置，以作为能够在退火之后有助于鳞皮的除鳞的热处理装置，其中所述热处理装置用于在将所述处理对象于还原性气氛下加热之后，在氧化性气体气氛下使处理对象的表面氧化，随后在空气等中快速地冷却所述处理对象(参见(例如)专利文献JP-A-7-34139)。
然而，专利文献JP-A-7-34139中所披露的装置用于在还原性气氛下对处理对象进行加热。因此，需要进行气氛控制，例如对吸热性气体进行控制，使得根据炉温和钢的种类来连续地改变由CO和CO₂的浓度比值决定的PF(潜力因子)值，以便使处理对象不会被脱碳或被渗碳。另外，专利文献JP-A-7-34139中所披露的装置，在对轧制材料进行处理时，需要在热处理前进行预酸洗，以确保后酸洗性能。
发明内容
因此，本申请的发明人进行了大量研究。结果，他们发现，通过在惰性气体气氛中对由轧制材料形成的处理对象进行加热和冷却，可以容易地实现对炉内气氛的控制且不受炉温和钢的种类的限制，并且可以在退火后获得具有良好的除鳞性能的处理品。另外，本发明人发现，通过在惰性气体气氛中对由轧制材料形成的处理对象进行加热和冷却，即使省略了预酸洗，也可以在退火后获得具有良好的除鳞性能的处理品。由于在惰性气体气氛中进行的冷却能够防止由维氏体(FeO)转化为磁铁矿(Fe₃O₄)，因此可实现上述特征。然而，当处理对象由上述拉伸材料制成时，发现会出现新的问题：粘附于所述拉伸材料的表面上的润滑剂会因在惰性气体气氛中的加热而被碳化，并且即使在后酸洗步骤中也不能被除去，从而妨碍了后续的拉丝步骤。
针对上述问题完成了本发明，并且本发明的目的是提供一种连续式热处理炉，其能够容易地实现对加热室内的气氛进行控制，在对轧制材料处理时能够省略预酸洗过程，并且还能够由这两种处理对象中的每一种(即，轧制材料和拉伸材料中的每一种)获得具有良好的后酸洗性能的处理品。
为了达到上述目的，本发明提供一种连续式热处理炉，包括：加热室，其用于在惰性气体气氛中加热处理对象；前室，其设置在所述加热室的一端；以及用于在惰性气体气氛中冷却所述处理对象的第一冷却室、真空净化室、以及用于在氧化性气体气氛中冷却所述处理对象的第二冷却室，第一冷却室、真空净化室和第二冷却室按照这样的顺序与加热室的另一端相连，其中在所述加热室内对由所述前室转移至所述加热室的处理对象进行加热，然后根据所述处理对象的种类，对所述处理对象进行冷却，所述冷却选自在所述第一冷却室中于惰性气体气氛中进行的冷却、以及在所述第二冷却室中于氧化性气体气氛中进行的冷却中的一种冷却方式。
根据具有上述构造的连续式热处理炉，由于将经由前室而被转移至加热室的处理对象在加热室内于惰性气体气氛(如N₂)中进行热处理，因此处理对象不会被脱碳或被渗碳，从而与在还原性气氛中的气氛控制(其与炉温和钢的种类有关)相比，在该加热室内的气氛控制更为容易。由于加热室保持为惰性气体气氛，因此当处理对象为轧制材料时，由于省略了预酸洗而在轧制材料的表面上形成的鳞皮会被加热，而不会被氧化或被脱氧。或者，当处理对象为拉伸材料时，粘附在拉伸材料表面上的润滑剂成为碳化物并被加热，而不会被氧化或被脱氧。随后，在这两种情况中，处理对象均被转移至冷却步骤。
当处理对象为轧制材料时，在处理对象于加热室中进行的热处理结束之后，由加热室转移来的处理对象在保持为惰性气体气氛(如N₂)的第一冷却室内进行冷却。因此，鳞皮被降温，而不会被氧化或被脱氧，并且鳞皮中维氏体(FeO)转化为磁铁矿(Fe₃O₄，其为刚性的、并且酸洗性能较差)的现象得到抑制，从而有助于通过后酸洗进行除鳞，并且能够省略预酸洗过程。另外，通过以8℃/分钟或更高的冷却速率、更优选以10℃/分钟或更高的冷却速率进行快速冷却作为冷却方式，会在鳞皮上形成许多直至基体表面的裂纹，从而使通过后酸洗进行的除鳞更为容易。冷却后的处理对象经真空净化室而通过第二冷却室(在第二冷却室内不进行任何冷却处理)，并排出到炉外。
另一方面，当处理对象为拉伸材料时，热处理后的处理材料经第一冷却室和真空净化室(其中在第一冷却室内不进行冷却)而被转移至第二冷却室，然后在保持为氧化性气体气氛的第二冷却室内进行冷却。因此，附着在拉伸材料表面上的碳化物被氧化，因此后酸洗变得容易。作为这种情况中的冷却方式，为了防止拉伸材料表面上的维氏体层因冷却而转化为磁铁矿，可以优选以8℃/分钟或更高的冷却速率进行冷却。冷却后的处理对象从第二冷却室排出到炉外。
如上所述，根据本发明，可以提供这样的连续式热处理炉，其可以实现对加热室内的气氛容易地进行控制，并且在处理轧制材料时可以省略预酸洗过程，并且由这两种处理对象中的每一种(即，轧制材料和拉伸材料中的每一种)均能够获得具有良好的后酸洗特性的处理品。另外，由于无需单独为轧制材料和拉伸材料提供专用的热处理炉，因此可降低装置成本和安装空间。
附图说明
图1为示出本发明一个实施方案的连续式热处理炉的剖面图。
参考数字和符号的说明
1.连续式热处理炉
2.前室
3.加热室
4.第一冷却室
5.真空净化室
6.第二冷却室
7.炉辊
11.N₂气生成器
12.管道
13.开/关阀
21.连通管
22.开/关阀
23.惰性气体引入管
24.开/关阀
26.惰性气体引入管
27.真空泵
28.排气管
29.开/关阀
30.开/关阀
本发明的最佳实施方案
下面，将参照图1对本发明的一个实施方案进行描述。图1为示出整个连续式热处理炉1的图，其中第一冷却室1、真空净化室5和第二冷却室6与加热室3的一端相连，加热室3的另一端设置有前室2。标记7是沿着炉子的全部长度方向设置的炉辊，其用于传递处理对象W；标记8是设置在前室2的入口外侧的进料台；并且标记9是设置在第二冷却室6的出口外侧的出料台。
加热室3用于在惰性气体气氛中加热处理对象W，并且在该实施方案中N₂气被用作惰性气体。N₂气从N₂气生成器11(气瓶)经管道12被送入到加热室3，并且标记13为设置在管道12上的开/关阀。加热室3中设置有辐射管燃烧器型加热器(未示出)，并且标记14为再循环风机。标记15是加热室3的入口16的门，标记17是加热室3的出口18的门，其形成了加热室3与第一冷却室4之间的分隔门。
前室2间隔着门19而设置在加热室3的入口16之前，前室2设置有可被密封的门，并起到净化室的作用，用于在将处理对象W送入到加热室3之前先用N₂气氛净化所述前室2。在该实施方案中，前室2设置有位于连通管21上的开/关阀22，连通管21在加热室3与前室2之间提供连通，以用作净化气体引入手段。
第一冷却室4设置在加热室3的出口18的后面，该第一冷却室4用于在惰性气体气氛中冷却处理对象W，并且其上连接有与N₂气生成器11相连的惰性气体引入管23。标记24是设置在引入管23上的开/关阀。在第一冷却室4的炉壁底部设置有用于吹送冷却气体的吹风机25，并且在炉壁的侧壁内设置有由热交换器形成的冷却装置(图中未示出)，其用于将环境气体冷却。
真空净化室5设置在第一冷却室4的后面，真空净化室5设置有能够密封的门，并且用于当处理对象W被送入冷却室4/从冷却室4排出时用N₂气体气氛净化该净化室，其中该真空净化室5连接有与N₂气生成器11相连的惰性气体引入管26以及延伸到真空泵27上的排气管28。标记29和30是设置在这些管子上的开/关阀。
第二冷却室6设置在真空净化室5的后面，该第二冷却室6用于在氧化性气体气氛中对处理对象进行冷却，并且在该实施方案中空气被用作氧化性气体。在第二冷却室6中，与第一冷却室4类似，在炉壁底部设置有用于吹送冷却气体的吹风机33，其中第二冷却室6在入口31和出口32处未设置任何门，并且该冷却室6在前/后方向上都是敞开的，而且在炉壁的侧壁内设置有与第一冷却室4的冷却装置类似的冷却器(图中未示出)。
通过将由低碳钢材料/高碳钢材料(包括特种钢)制成的线材进行卷绕来获得处理对象W，该处理对象W为具有上述构造的连续式热处理炉1的热处理对象，并且有两种处理对象W作为热处理对象，即：由经热轧而获得的热轧线材制成的线材(下文称作轧制材料)，以及通过对热轧线材进行拉丝而获得的线材、或者通过对线材进行更高程度的拉丝而获得的线材(下文称作拉伸材料)。
下文将对处理对象W的退火步骤进行描述。将放置有处理对象W的各托盘由进料台8经前室2依次地送入到加热室3中。此处，在将处理对象W送入到前室2中之后，通过打开开/关阀22将加热室3内的N₂气送入前室2中，以在前室2中进行气体净化(前室中的气体通过图中未示出的排气管而被除去)，并且待前室2中保持为N₂气气氛之后，将处理对象W转移至加热室3中。
在加热室3中，在将该加热室保持为N₂气气氛(惰性气体气氛)的同时，对处理对象W进行热处理。此处，为了在预定的炉压下将加热室3保持为预定的低露点和低氧浓度环境，通过控制装置(图中未示出)对开/关阀13进行开/关控制，从而控制供入到加热室3内的低露点N₂气的量。
在将加热室3中的处理对象W由入口16的内侧转移至出口18的内侧的过程中，根据处理对象W的钢的种类以及退火类型(如低温退火、软化退火以及球化退火)来进行热处理，其中在将温度升至预定温度后，将处理对象W在该预定温度下保持预定的时间。由于在N₂气气氛中进行加热，因此当处理对象W为轧制材料时，因省略了预酸洗过程而在轧制材料表面上形成的鳞皮被升温，而不会被氧化或被脱氧。另一方面，当处理对象W为拉伸材料时，粘附在拉伸材料表面上的润滑剂被升温，而不会被氧化或被脱氧，从而形成碳化物。
当处理对象W由轧制材料制成时，将加热室3中经热处理后的处理对象W被转移到保持为N₂气气氛的第一冷却室4内，以在第一冷却室4中进行冷却处理。这样，处理对象W的鳞皮的温度降低，而不会被氧化或被脱氧，因此，与在诸如空气等氧化性气体气氛中冷却处理对象时的情况不同，鳞皮中的维氏体(FeO)转化为磁铁矿(Fe₃O₄，其为刚性的、并且酸洗性能较差)的现象得到抑制，从而有助于通过后酸洗进行除鳞，并且能够省略预酸洗过程。另外，通过以8℃/分钟或更高的冷却速率、更优选以10℃/分钟或更高的冷却速率进行快速冷却作为冷却处理方式，会在鳞皮上形成许多直至基体表面的裂纹，从而通过后酸洗进行的除鳞更为容易。冷却后的处理对象经真空净化室5而穿过第二冷却室6(在第二冷却室中不进行任何冷却处理)，并排出到炉外。
另一方面，当处理对象W由拉伸材料制成时，经过热处理后的处理对象W经第一冷却室4和真空净化室5(其在第一冷却室4内不进行冷却处理)而被转移到第二冷却室6，然后在保持为空气气氛(氧化性气体气氛)的第二冷却室6内进行冷却。因此，附着在处理对象表面上的碳化物被氧化，因此碳化物更易于被后酸洗过程清除。作为在空气气氛中处理对象W的冷却方式，可以优选以8℃/分钟或更高的冷却速率进行快速冷却，以防止拉伸材料表面上的维氏体层因冷却而转化为磁铁矿，并且该快速冷却能够确保防止形成刚性的磁铁矿层，并防止在后续处理步骤中产生问题。冷却后的处理对象从第二冷却室6的出口32被排出至炉外。
在处理对象W为轧制材料和处理对象W为拉伸材料中的每一种情况下，都将处理对象W冷却至预定温度(例如400℃，该温度等于或低于维氏体的转化温度，但是该预定温度取决于钢的种类)，并随后使处理对象退出至退出台9上，作为处理后的产品。随后，在通过真空泵27将真空净化室5排气后，打开开/关阀29以使真空净化室5保持为N₂气气氛，并按照与上述相同的方式，根据处理对象W的种类(轧制材料或拉伸材料)，将经过热处理后的下一个处理对象W由加热室3转移至第一冷却室4或第二冷却室6，然后进行与上述类似的冷却处理。
如上所述，在连续式热处理炉1中，由于处理对象W的加热步骤是在保持为惰性气体气氛的加热室3中进行的，因此处理对象不会在环境气体的作用下被脱碳或被渗碳，并且与在还原性气氛中进行加热时的气氛控制(与炉温和钢的种类有关)相比，在该加热室中的气氛控制更容易。
通过根据处理对象的种类(轧制材料或拉伸材料)来选择冷却环境，从而对经过热处理后的处理对象W进行冷却步骤。当处理对象为轧制材料时，选择第一冷却室4中的惰性气体气氛，而当处理对象W为拉伸材料时，选择第二冷却室6中的氧化性气体气氛。如上所述，由于通过选择第一冷却室或第二冷却室来进行冷却处理，因此在轧制材料的情况下，因省略了预酸洗过程而在其表面上形成的鳞皮可通过后酸洗而轻松地被除去，而在拉伸材料的情况下，在其表面上形成的碳化物被氧化，从而通过后酸洗而轻松地被除去，因此在这两种情况中均可以获得具有良好的后酸洗性能的处理后对象。当处理对象W为轧制材料时，还可以进一步省略预酸洗过程。由于可以在同一个连续式热处理炉1内进行热处理和冷却处理，并且无需单独为轧制材料和拉伸材料提供热处理炉，因此可以降低用于热处理炉的装置成本和安装空间。
本发明并不限于上述实施方案。例如，尽管在上述实施方案中将N₂气用作惰性气体，但是也可使用诸如Ar气等其他惰性气体。另外，具有将多个棒材堆叠于架子上等这样特征的处理对象也可以作为热处理的对象，而并不局限于上述的线圈形式的线材。另外，前室2可以为具有与真空净化室5类似的结构的真空净化室，并且第二冷却室6可以为在入口31和出口32处各设置有门的冷却室。
本申请基于2008年9月18日提交的日本专利申请No.2008-239515，其内容以引用的方式并入本文。