一种复合钢板的感应加热热处理工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合钢板的感应加热热处理工艺方法，属于乳钢热处理技术领域。
【背景技术】
[0002]复合钢板一般是将普通碳钢或容器用钢作为基材，将不锈钢、耐磨钢或其他高合金钢等作为覆层，通过爆炸、爆炸+热乳、热乳等方法结合成一体。复合钢板综合利用了覆层的功能性和基材的力学性能，节约了价格昂贵的覆层，降低了设备制造成本，并提高了设备的整体性能，可广泛应用在化工、石油、海水淡化、造船、冶金等领域。
[0003]目前，不锈钢复合板或耐磨复合板等无论是通过爆炸+热乳或直接真空封焊热乳均主要采用内包覆对称组坯方式，即不锈钢或耐磨钢覆层被包裹在碳钢内部，经过热乳成形后再切割分离。由于热乳后复合板钢板心部冷却慢，内包覆的不锈钢在冷却过程中穿过450_850°C的敏化区用时较长，导致不锈钢覆层常出现晶间腐蚀性能不合格问题。同样，耐磨钢板覆层由于采用内包覆组坯乳制方式，热乳后冷却缓慢而不能达到高硬度高耐磨性的要求。因此，这些复合钢板常需要分离后进行离线固溶或淬火热处理，以满足使用要求。现有复合板的热处理技术主要在加热炉内整体加热，出炉后淬火热处理。然而，基材和覆层的热处理工艺常常相互矛盾，如对于不锈钢复合板，不锈钢覆层的加热温度比碳钢基材高，且进行冷却时不锈钢覆层须进行固溶处理，为快冷，而碳钢基材要求正火或热乳态，为慢冷；同样，对于耐磨复合板，耐磨覆层须快冷淬火获得马氏体组织，以保证其硬度和耐磨性，而碳钢基材需慢冷以保证其韧性要求。若对复合钢板进行整体热处理，常常难以同时兼顾基材和覆层的性能要求，而必然会牺牲基材或覆层的部分性能;此外，整体加热热处理工艺需要消耗大量的能源，推高了复合板的成本，而且整体热处理后板型翘曲过大，导致特厚复合板整形困难。因此，为解决复合板整体加热热处理的这些问题，急需要开发一种高效快捷，性能和板型控制良好，能耗低的新型热处理工艺。
【发明内容】
[0004]为了克服上述技术上的不足，本发明提供了一种复合钢板的感应加热热处理工艺方法，利用平面磁场感应加热技术对复合钢板进行单侧覆层快速热处理，通过调节感应功率和频率，线圈与覆层距离，移动速度等工艺参数，精确控制对覆层的加热温度、深度以及保温时间，保温结束立即通过加热线圈末端对覆层钢板进行喷水冷却，以达到使覆层快速冷却，且较少甚至不影响基材的组织和性能的目的。
[0005]本发明解决其技术难题所采用的技术方案是:一种复合钢板的感应加热热处理工艺方法，感应加热装置为:传送机的传送辊上端设有能上下移动的托架，托架下方水平方向设有数个感应线圈，托架侧端垂直设有数排数个排风管，排风管下端设有喷嘴，排风管一侧设有数排数个排水管，排水管下端设有喷嘴，所述排风管喷嘴和排水管喷嘴方向与感应线圈方向相背； 本发明的感应加热热处理具体步骤:
第一步:复合板坯固定在底板或依靠自身重力安放在传送辊7上端，调整托架I使感应线圈与复合板坯保持一定距离；
第二步:调节感应线圈的功率、感应线圈与覆层的间隔距离，和感应线圈的移动速度等参数，实现对不同材质和厚度的覆层进行快速固溶处理或淬火热处理；
第三步:感应加热热处理工艺包括感应预热阶段、高温固溶阶段、水冷或风冷淬火处理；
对304/Q345R复合钢板的感应加热热处理
选用热乳复合钢板尺寸为:长400 mm，宽200 mm，总厚度30 mm，基材为25 mm厚的Q345R，覆层为5 mm厚的304不锈钢的。钢板竖直放置，将钢板下端用台钳固定，线圈位于覆层一侧，置于板坯下端，线圈与覆层表面距离为8.0 mm，加热电压为420 V，磁场频率为8.2kHz，感应电流为320 A，加热功率为134.4 kW。加热时，线圈首先进行预热，预热时间为5s，然后将线圈以80mm/min的速度进行移动，移动方向自下向上，加热结束后由排水管的喷头进行喷水冷却，对覆层进行固溶处理。
[0006]对304/Q345R复合钢板的感应加热热处理:
复合钢板尺寸为长400 mm，宽200 mm，总厚度30 mm，基材为25 mm厚的Q345R，覆层为5mm厚的304不锈钢。钢板竖直放置，将钢板下端用台钳固定，线圈位于覆层一侧，置于板坯下端，线圈与覆层表面距离为8.0mm，加热电压为420V，磁场频率为8.2kHz，感应电流为320A，加热功率为134.4kW。加热时，线圈首先进行预热，预热时间为5s，然后将线圈以100mm/min的速度进行移动，移动方向自下向上，线圈移动的同时，由排水管3的喷头进行喷水冷却，对覆层进行固溶处理。
[0007]304/Q345R复合钢板的感应加热热处理:
复合钢板尺寸为长400 mm，宽200 mm，总厚度30 mm，基材为25 mm厚的Q345R，覆层为5mm厚的304不锈钢。钢板竖直放置，将钢板下端用台钳固定，线圈位于覆层一侧，置于板坯下端，线圈与覆层表面距离为8.0mm，加热电压为420V，磁场频率为8.2kHz，感应电流为320A，加热功率为134.4kW。加热时，线圈首先进行预热，预热时间为5s，然后将线圈以120mm/min的速度进行移动，移动方向自下向上，线圈移动的同时，由排水管3的喷头进行喷水冷却，对覆层进行固溶处理。
[0008]本发明的有益效果是:本发明将感应加热技术应用到复合钢板的覆层热处理上，可通过精确控制感应功率、间隔距离或移动速度等参数，实现对不同材质和厚度的覆层进行快速固溶或淬火等热处理。与复合钢板传统整体加热再整体或表层淬火的热处理工艺相比，该新方法仅可对覆层快速加热和冷却，又可有效改善覆层的组织和性能，亦有利于复合板的板型控制，并将热处理对基材组织和性能的影响降至最低。该新工艺方法可大幅度降低复合板热处理的能耗，节约能源，提高效率，降低成本。
【附图说明】
[0009]图1感应加热装置结构示意图。
[0010]图2感应加热后覆层不锈钢的草酸电解腐蚀图像(线圈移动速度为80mm/min)。
[0011]图3感应加热后基材Q345R的组织图像(线圈移动速度为80mm/min)。
[0012]图4感应加热后覆层不锈钢的草酸电解腐蚀图像(线圈移动速度为100mm/min)。
[0013]图5感应加热后基材Q345R的组织图像(线圈移动速度为100mm/min)。
[0014]图6感应加热后覆层不锈钢的草酸电解腐蚀图像(线圈移动速度为120mm/min)。
[0015]图7感应加热后基材Q345R的组织图像(线圈移动速度为120mm/min)。
[0016]图中:1、托架，2、排风管，3、排水管，4、线圈，5、履层，6、基板，7、传送辊。
【具体实施方式】
[0017]一种复合钢板的感应加热热处理工艺方法，感应加热装置为:传送机的传送辊7上端设有能上下移动的托架I，托架I下方水平方向设有数个感应线圈4，托架I侧端垂直设有数排数个排风管2，排风管2下端设有喷嘴，排风管2—侧设有数排数个排水管3，排水管3下端设有喷嘴，所述排风管喷嘴和排水管喷嘴方向与感应线圈4方向相背；
本发明的具体步骤:
第一步:复合板坯固定在底板或依靠自身重力安放在传送辊7上端，使基板6朝向传送辊7，履层5朝向线圈4，调整托架I使感应线圈4与复合板坯保持一定距离；
第二步:调节感应线圈的功率、感应线圈与覆层的间隔距离，和感应线圈的移动速度等参数，实现对不同材质和厚度的覆层进行快速固溶处理或淬火热处理；
第三步:感应加热热处理工艺包括感应预热阶段、高温固溶阶段、水冷或风冷淬火处理。
[0018]实施例1304/Q345R复合钢板的感应加热热处理
选用热乳复合钢板尺寸为:长400 mm，宽200 mm，总厚度30 mm，基材为25 mm厚的Q345R，覆层为5 mm厚的304不锈钢的。钢板竖直放置，将钢板下端用台钳固定，线圈位于覆层一侧，置于板坯下端，线圈与覆层表面距离为8.0 mm，加热电压为420 V，磁场频率为8.2kHz，感应电流为320 A，加热功率为134.4 kW。加热时，线圈首先进行预热，预热时间为5s，然后将线圈以80mm/min的速度进行移动，移动方向自下向上，加热结束后由排水管3的喷头进行喷水冷却，对覆层进行固溶处理。
[0019]在热处理后的复合板坯上切割金相试样，采用GB/T 4334法A草酸电解腐蚀试验方法检测覆层304的耐晶间腐蚀性能，用金相显微镜记录不锈钢层从界面到表面的腐蚀形貌，覆层304不锈钢的草酸电解腐蚀形貌，如图2所示:图2最左侧为复合界面，图片最右侧为覆层表面，经测量，界面处三类组织约0-25μπι，接着为150-250μπι 二类组织，剩余宽度为一类组织，与热处理前试样草酸腐蚀后的结果:界面附近800-840μπι三类组织，剩余宽度为二类组织的腐蚀情况相比，覆层不锈钢的耐晶间腐蚀性能得到了显著提高，达到了不锈钢覆层固溶处理的目的。
[0020]热处理前基材Q354R碳钢的组织为:界面附近脱碳带为铁素体，其余部位为铁素体+珠光体。经感应加热热处理后，基材组织受感应加热影响的区域宽度约为4.3 mm，热影响区内碳钢组织呈现明显的梯度变化，组织类型、形貌及各类组织宽度，如图3所示，图中的①从界面左侧开始为贝氏体，其宽度为0.1-0.14mm，②为马氏体+贝氏体，其宽度为1.2-1.4mm，③为马氏体+贝氏体+少量铁素体，其宽度为1.0-1.3 mm，④为贝氏体+铁素体+马氏体，其宽度为0.7-0.8 mm，⑤为贝氏体+铁素体+马氏体+少量细珠光体，其宽度为0.4-0.5 mm,⑥为铁素体+贝氏体+马氏体+少量细珠光体，其宽度0.9-1.0 mm，⑦其余为铁素体+珠光体。除近界面热影响区外，基体剩余厚度仍保持热乳态的正火铁素体+珠光体组织。
[0021]基材靠近界面处的热影响区内马氏体组织含量较大(约70%_80%)，需对其进行回火处理，回火工艺制度为温度450 °CX2