爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法及其设备.pdf

本发明公开了一种爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法及其设备，本发明所采用的方法是对A不锈钢覆材外侧面进行快速加热，并在复合板结合面处的温度升至600～730℃时，将复合板移出加热区进行快速冷却，等覆材外侧面降温到400℃左右时再空冷到室温。本发明所用的设备包括加热器、冷却器、支撑托辊；支撑托辊由无级调速电机驱动；加热器和冷却器依次架设在支撑托辊的上方。本发明的方法及其设备可以使A不锈钢覆材在不降低耐腐蚀性能的前提下恢复到爆炸焊前的高塑性状态，同时保证低碳钢基材不发生明显的组织和力学性能变化。本发明方法也可用于A－F双相不锈钢与低碳钢爆炸焊复合板的热处理。

1、  爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
A采用快速加热方法对复合板的覆材迅速加热，使之达到1000～1250℃；
B上述温度的保持时间是使复合板的结合面处的温度达到600～730℃；
C对被加热的复合板覆材进行快速冷却，直到覆材冷却到300～400℃；
D使复合板在空气中冷却到室温。

2、  根据权利要求1所述的爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法，其特征在于所述步骤A中的快速加热方法是火焰加热方法、电接触加热方法、感应加热方法的其中一种或者两种的结合。

3、  根据权利要求1所述的爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法，其特征在于在整个热处理过程中，对低碳钢基材的外侧面进行冷却。

4、  根据权利要求1所述的爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法，其特征在于实现本发明方法的设备包括加热器、冷却器、支撑托辊；支撑托辊由无级调速电机驱动，加热器和冷却器依次架设在支撑托辊的上方。

5、  根据权利要求4所述的爆炸焊复合板恢复塑性的热处理设备，其特征在于所述加热器的长度与热源能量密度、复合板的移动速度、覆材厚度及加热温度相对应；冷却器的长度与复合板的移动速度、覆材厚度及加热和冷却温度相对应；加热器和冷却器的宽度与复合钢板的宽度相对应。

6、  根据权利要求4所述的爆炸焊复合板恢复塑性的热处理设备，其特征在于所述支撑托辊的下方设置有冷却装置，所述冷却装置为喷水冷却器或涌动的水槽的其中一种或者两者的结合。

7、  根据权利要求4所述的爆炸焊复合板恢复塑性的热处理设备，其特征在于所述加热器前后的支撑托辊上方设置有压辊。

爆炸焊复合板恢复塑性的热处理方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种热处理方法及其设备，尤其是指一种应用于奥氏体不锈钢板与低碳钢板经爆炸焊后需要恢复塑性的热处理方法及其设备。
背景技术
奥氏体不锈钢(以后用“A不锈钢”代替)-低碳钢复合板是通过爆炸焊将低碳钢的基材和A不锈钢的覆材焊接在一起制成的。在爆炸焊的过程中，作为复合层的A不锈钢会发生剧烈的塑性流动，从而使覆材金属的内部出现很大的内应力，引起强烈的加工硬化，使其塑性大大降低。因此，在使用这样的复合板制造设备且需要发生较大的塑性变形时，复合板的覆材即A不锈钢的外侧在拉应力下会出现裂纹。故需要在塑性成型之前对复合板进行热处理，使其恢复塑性。
目前，大多数生产“A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板”的厂家，不对这类复合板进行恢复塑性的热处理。但也有资料曾探讨过，认为可以对“A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板”进行去应力退火热处理，其采用的退火温度约600℃左右。但是，众所周知，在这样的温度(400～950℃)下，A不锈钢中会析出Cr(铬)的碳化物，而使不锈钢的耐腐蚀性能降低，从而失去了使用A不锈钢作为复合层的意义。如果采用850℃左右的常规整体正火处理，不但使A不锈钢覆材耐腐蚀性能降低，而且会使低碳钢基材的塑性降低，同时A不锈钢覆材因再结晶温度较低而其塑性恢复不够。
要提高A不锈钢的耐腐蚀性能，通常是对A不锈钢进行固溶处理。而A不锈钢常规的固溶处理温度一般为1150℃左右，并需要保温较长时间。但是这样的热处理方法应用于复合板，必然会使另一侧的低碳钢基材的组织过热、力学性能大大降低。因此，目前还没有一种合适的热处理工艺方法能够保证复合板的其它性能不降低的前提下，恢复A不锈钢覆材的塑性。
发明内容：
本发明需要解决的技术问题是提供一种能够恢复A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板的塑性的热处理方法，并提供一种相应的设备。
本发明的实现方法是包括以下工艺步骤：
A采用快速加热方法将复合板的A不锈钢覆材外侧表面迅速加热，使其表面迅速升温到1000～1250℃；
B在上述温度下保持一定时间，直到复合板内部结合面处的温度上升到600～730℃为止；
C迅速使复合板覆材外侧面冷却，直到覆材冷却到300～400℃左右；
D在空气中冷却到室温。
上述步骤A中所述的快速加热方法，包括采用具有较高能量密度的火焰加热、电接触加热、感应加热等加热方法，并可以使用其中一种或者两种的组合。
本发明方法的进一步改进在于：在整个热处理过程中，对低碳钢基材的外侧面进行冷却。如采用喷水或者浸水冷却等。
实现本发明方法的设备包括加热器、冷却器、支撑托辊。支撑托辊由间隔排列的一系列托辊组成并由无级调速电机驱动，其转动速度决定了复合板在长度方向的移动速度；加热器和冷却器依次架设在支撑托辊的上方，它们之间的上下间隙正好适宜复合板通过，以便在支撑托辊的驱动下实现复合板的连续加热和冷却。
加热器和冷却器的宽度与复合板的宽度相适应；加热器的长度与热源能量密度、复合板的移动速度、覆材厚度及加热温度等有关，以使复合板的覆材加热到1000～1250℃为宜；冷却器的长度与复合板的移动速度、覆材厚度及加热和冷却温度有关，以使复合板在连续送进中其覆材大约冷却到300～400℃左右为宜。
热处理时，将A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板的低碳钢基材一侧向下放在支撑托辊上，托辊在无级调速电机带动下转动，从而带动A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板进入加热器，加热器中的较高能量密度的热源向下作用，使A不锈钢复合板覆材的外侧表面被快速加热。热源能量密度、托辊的转动速度和加热器的长度，决定了A不锈钢复合板被加热的温度和时间，也就决定了复合板覆材(A不锈钢)与低碳钢基材结合面处温度的高低。因此，当热源固定后，可根据复合板的厚度和加热器的长度来调整支撑托辊的转动速度，从而保证合理的加热温度和保温时间，并且保证当复合板内部结合面处温度上升到600～730℃左右时，复合板移出加热区，进入冷却器冷却。冷却器可以设置为喷水冷却，当A不锈钢复合层外表面降温到300～400℃左右时，复合板移出冷却器，在空气中自然冷却到室温。
本发明所述设备的进一步改进在于：支撑托辊的下方设置有冷却装置，所述冷却装置为喷水冷却器或涌动的水槽的其中一种或者两者的结合。也可以只在加热器对应的支撑托辊的下面设置冷却器。
本发明所述设备的进一步改进在于：在支撑托辊上方设置有压辊。在整个热处理过程中，支撑托辊上方的压辊可以减少和防止复合板因局部加热和冷却而发生变形，并且可对已发生变形的复合板进行校正。
本发明取得的技术进步是：
利用本发明所述的方法对A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板进行恢复塑性热处理，由于加热温度达到了A不锈钢固溶处理温度的上限附近，因此尽管这个高温时间很短，但也可以起到较明显的固溶处理作用，即复合板的A不锈钢覆材一侧进行了不完全的固溶处理；这种不完全的固溶处理，却是完全的再结晶处理；而低碳钢基材一侧却只进行了部分去应力退火处理。由于采用的是快速冷却方法，所以在冷却过程中，也不会产生Cr的碳化物。因此，这种工艺方法不但使A不锈钢覆材恢复到了爆炸焊前的高塑性状态，而且保证了A不锈钢覆材的耐腐蚀性能和低碳钢基材力学性能不降低。经过弯曲试验，没有发现裂纹或层间开裂等缺陷。
本发明采用支撑托辊并带动复合板移动，简化了设备的结构，降低了设备造价。
本发明的冷却方式是采用对复合板上下两个侧面进行同时复合冷却：复合板基材一侧(下方)采用喷水冷却的方式，它可以防止低碳钢基材的温升过快、过高，从而延长复合板覆材即A不锈钢的固溶处理时间；复合板覆材一侧(上方)也采用喷水冷却的方式，使覆材快速降温并迅速通过400～950℃的温度区间，以防A不锈钢中会析出Cr的碳化物而使不锈钢的耐腐蚀性能降低。因此，使基材和覆材都得到了所需要的良好的性能。
本发明的压辊的作用是防止复合板因局部加热和冷却而发生变形，并且可对已发生变形的复合板进行校正。
附图说明：
图1是本发明的热处理工艺曲线；
图2是本发明的设备的示意图。
其中：1、复合板，2、冷却器，3、加热器，4、压辊，5、支撑托辊，6、冷却水槽。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
图1所示，它是A不锈钢覆材外侧靠近表面处某一点的工艺曲线。由于本发明的加热方法是非平衡状态下的快速加热，所以钢材表面以下不同深度的各点的热处理工艺曲线是不相同的，但其形状都与图1相似。本工艺曲线说明，复合板的A不锈钢覆材在1000℃以下被极快速的加热，到1000～1250℃升温变的稍微缓慢，当达到最高温度后，开始保持或缓慢下降，直到进入冷却器时，温度才急剧下降。这个高温过程虽然时间很短，但由于达到了A不锈钢固溶处理温度的上限附近，因此也可以起到部分固溶处理的作用。
实现上述工艺曲线的设备包括氧乙炔火焰加热器3、喷水冷却器2、支撑托辊5。支撑托辊5由间隔排列的一系列托辊组成并由无级调速电机驱动；加热器3和冷却器2依次架设在支撑托辊5的上方，火焰加热器3为并行排列的若干喷嘴组成；喷水冷却器2由若干喷水嘴组成。
本发明的一个实施例是以200mm宽、400mm长、基体材料为20mm厚的20号低碳钢、复合层覆材为3mm厚的A不锈钢为实验材料。这里火焰加热器3设置三排喷嘴，喷水冷却器2设置6排喷嘴，并且各喷嘴可分别控制；加热器3和冷却器2的喷嘴排列的宽度与复合钢板的宽度相对应。在支撑托辊5的下方设置有冷却水槽6，冷却水槽6设置喷水冷却器；在支撑托辊5上方设置有可调节高度的校平复合板用的压辊4。
处理时，使A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板1的低碳钢基材向下放在支撑托辊5上，支撑托辊5在无级调速电机的驱动下转动，从而带动A不锈钢-低碳钢爆炸焊复合板1进入加热器3的加热范围内，复合板覆材即A不锈钢的外侧表面被快速加热。加热器的热源能量密度调整好后，支撑托辊5的转动速度应调整为当复合板覆材被加热温度到1000～1250℃、复合板内部结合面处的温度上升到600～730℃左右时，这部分被加热的复合板正好移出加热区，而进入冷却器冷却。冷却器的冷却区的长度应保证当A不锈钢复合层外表面降温到400℃左右时，复合板正好移出冷却器，然后在空气中冷却，直到室温。
上述设备的加热器的其它实施方式还有：电接触加热、感应加热、氧-天然气火焰加热、氧-煤气火焰加热等加热方式。
上述设备的加热器3和冷却器2的喷嘴的多少与需要加热的复合板覆材的厚度、金属的导热系数、加热器的热源能量密度、加热和冷却温度以及生产率等有关。因此可以设更多排的喷嘴，如6排加热器的喷嘴，10排冷却器的喷嘴。