专利名称：钢带铅浴淬火回火生产线脱碳技术及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢带热处理表面脱碳技术，特别是关于钢带铅浴淬火回火过程中的表面脱碳的方法及其设备。
背景技术：
用作刀具或带锯的高合金钢或工具钢通常需要做淬火加回火处理，又由于这类钢通常的用量大，必须采用淬火加回火的生产线，进行连续的钢带热处理。比较成熟的热处理工艺就是保护气氛下的铅浴淬火+回火工艺，以获得高强度、高硬度、漂亮的外观和小的变形。然而，由于这类钢含有较高的碳当量，淬火处理后表面硬度很高，当对钢带进行局部弯曲时，容易出现裂纹，甚至断裂，例如，用于鞋刀的场合，要求热处理后的钢带能够弯曲成一定的形状，因此钢带表面的硬度就不能太高。通常的解决办法就是对钢带表面进行脱碳。
发明内容
本发明的基本思路是，在保护气体通往淬火加热炉膛的管路中增加一个增湿器，将带有水蒸气的保护气再加热后通过设置在被加热的钢带上下两面的喷管喷到钢带两面，保护气体中混合的水蒸气使得保护气具有弱氧化性，在高温状态下，保护气中含有的少量氧原子与钢带表面层中的碳结合，形成CO并被保护气流带走，从而实现对钢带表面的脱碳目的，由于气氛中氧含量较少，移动中的钢带暴露在这种混合气体中的时间也较短，因此脱碳的同时不会产生明显的钢带表面的氧化。
钢带铅浴淬火回火生产线钢带脱碳设备，它包括保护气体接入管，淬火加热炉，设在淬火加热炉内的混合气体再加热器，与再加热器连接的过热混合气体管路，和设在运行钢带上下两面的混合气体喷射排管，其特征是在保护气体接入管与混合气体再加热器之间设有对保护气体混入水蒸气的蒸汽增湿器。
钢带铅浴淬火回火生产线钢带脱碳的方法，包括以下步骤a、将含有75％的氢和25％的氮作为保护气体输入产生水蒸气的蒸气增湿器内与水蒸气混合；
b、将上述含有水蒸气的保护气体送入再加热器中加热至860～900℃；c、将上述被再加热的混合保护气体以每分钟800～1500毫升的流量通过喷射排管喷射到移动速度为1～2米/分移动钢带的上下表面；d、将出炉的钢带保持干燥、室温冷却。
本发明的基本原理可以通过以下化学反应式来说明保护气首先由氨分解2NH3→3H2+N2形成的75％H2+25％N2组成，经过加湿以后，保护气中含有了一定量的水蒸气H2O混合保护气体的组分含量为(75％H2+25％N2)1-x(H2O)x其中X＝0.1～0.2水蒸气与钢带表面层中的碳发生氧化还原反应，还原出碳原子H2O+C→H2+CO或2H2O+C→2H2+CO2形成的CO或CO2被保护混合气流不断地带走，从而形成连续的钢带表面层的脱碳过程。脱碳的速度取决于H2O、H2、CO、CO2等各气体的分压。设计时，通常使得炉内气体的流动方向与钢带运行的方向相反，很容易将脱碳反应形成的CO或CO2气体排出，使上述反应向右方脱碳反应方向不断进行。
本发明的有益效果是钢表面的脱碳必须在高温氧化性气氛中进行，然而高温条件下钢带表面很容易氧化。本发明采用氨分解保护+热蒸气脱碳相结合的方法，获得了钢带表面约5微米厚度的脱碳层，同时钢带表面没有出现明显的氧化现象。在钢带连续淬火加热过程中，利用热蒸气中的氧与钢带表面层中的碳起氧化反应，达到钢带表面脱碳的目的。该技术应用于钢带铅浴淬火回火生产线，实现了钢带表面脱碳的目标，显著改善了钢带塑性。使得钢带的表面硬度降低，韧性增强，经过该工艺技术脱碳的钢带可以进行180度角的弯曲而不发生断裂或出现裂纹，有效提高了象鞋刀这样需要弯曲的工具钢制造时的成品率和产品质量。
图1为钢带淬火脱碳过程示意图。
图2为蒸气增湿器结构示意图。
具体实施例方式
以下结合图1，进一步描述本发明的内容和脱碳的基本过程。淬火加热过程中采用氨分解作为保护气体，把氨气导进接入管1，由于氨在高于二百度以后就开始分解，成为75％氢和25％氮的混合气，因此保护气氛由75％H2+25％N2组成。在保护气管路中增加一个增湿器，增湿器是一个产生水蒸气的装置，如图2所示，由进水管25、进气管21、贮水器22、出气管27，设在贮水器22内的电加热器24，和设在电加热器24与进气管21之间的气压盖26组成，含有保护气的气体由进气管21进入贮水器22内的气压盖26下与热蒸气混合，使得保护气体流过增湿器，从而使保护气中含有一定量的水蒸气。通过对进气管21的流量调节，控制保护气体与水蒸气混合比例，将流出增湿器的混合气再加热，以增强气体的氧化活性，过热混合气流过管路4通入钢带上下两面设置的两排喷管内，由喷管5将混有过热蒸气的保护气体均匀地喷射在钢带上下表面上，通过蒸气中的氧还原出钢带表面的碳原子，从而实现钢带表面层脱碳处理。
淬火加热时对钢带表面层进行脱碳是提高钢带塑性，避免钢带在后续弯曲成形时出现裂纹甚至断裂的有效方法。采用连续钢带铅浴淬火回火热处理是一些工具钢、弹簧钢等的高效率调制处理的基本方法，被广泛应用于许多刀具行业，例如各种规格的切纸刀、各种系列和规格的鞋刀等，其中鞋刀根据不同规格需要对刀具进行各种弯曲成形，如果不进行钢带表面层的脱碳，在弯曲成形时钢带会开裂甚至断裂，因此在铅浴淬火同时进行表面层脱碳是必不可少的工艺过程。以下是本发明的两个具体的实施例。
实施例1用于制作鞋刀的2毫米厚、24毫米宽的30CrMo钢带，在连续铅浴淬火回火热处理生产线上进行连续脱碳处理，钢带以每分钟1.5～2.0米的速度移动。混合保护气体的组分含量为(75％H2+25％N2)0.9(H2O)0.1。被混入水蒸气的保护气在管路中被进一步加热到860～880℃，然后以每分钟800毫升的流量通过喷管喷向钢带上下表面，移动的钢带表面的脱碳时间2～3分钟。经过以上脱碳工艺处理的钢带，表面脱碳层约5微米厚，脱碳量约40％，钢带表层的硬度明显低于未脱碳的钢带，塑性明显提高，弯曲实验表明，将钢带进行180度的对折不发生断裂或开裂。
实施例2将同样用于制作鞋刀的4毫米厚、80毫米宽的40CrMo钢带，在连续铅浴淬火回火热处理生产线上进行连续脱碳处理，钢带以每分钟1.0～1.5米的速度移动。混合保护气体的组分含量为(75％H2+25％N2)0.8(H2O)0.2。被混入水蒸气的保护气在管路中被加热到880～900度，并以每分钟1000毫升流量通过喷管喷向钢带上下表面，移动的钢带表面的脱碳时间约1～2分钟。经过以上脱碳工艺处理的钢带，表面脱碳层约4～5微米厚，脱碳量约30～40％，钢带表层的塑性明显提高，将钢带进行180度的对折不发生断裂或开裂。
权利要求
1.钢带铅浴淬火回火生产线脱碳设备，它包括保护气体接入管(1)，淬火加热炉(7)，设在淬火加热炉(7)内的混合气体再加热器(3)，与再加热器连接的过热混合气体管路(4)和设在运行钢带(6)上下两面的混合气体喷射排管(5)，其特征是在保护气体接入管(1)与混合气体加热器(3)之间设有对保护气体混入水蒸气的增湿器(2)。
2.根据权利要求1所述的钢带铅浴淬火回火生产线脱碳设备，其特征是所述的增湿器(2)由进水管(25)、进气管(21)、贮水器(22)、出气管(27)，设在贮水器(22)内的电加热器(24)，和设在电加热器(24)与进气管(21)之间的气压盖(26)组成。
3.钢带铅浴淬火回火生产线上钢带表面脱碳方法，其特征在于包括以下步骤a、将含有75％的H2和25％的N2作为保护气体输入增湿器(2)内与水蒸气混合；b、将上述含有水蒸气的保护气体送入再加热器(3)中加热至860～900℃；c、将上述被加热的混合保护气体以800～1000毫升/分流量通过喷射排管(5)喷射到移动速度1～2米/分的移动钢带的上下表面；d、将出炉的钢带保持干燥、室温冷却。
4.根据权利要求3所述的钢带铅浴淬火回火生产线上钢带表面脱碳方法，其特征是混合保护气体的组分含量为(75％H2+25％N2)1-X(H2O)X，其中X＝0.1～0.2。
5.根据权利要求3所述的钢带铅浴淬火回火生产线上钢带表面脱碳方法，其特征是混合保护气体的组分含量为(75％H2+25％N2)0.9(H2O)0.1。
6.根据权利要求3所述的钢带铅浴淬火回火生产线上钢带表面脱碳方法，其特征是混合保护气体的组分含量为(75％H2+25％N2)0.8(H2O)0.2。
7.根据权利要求3所述的钢带铅浴淬火回火生产线上钢带表面脱碳方法，其特征是在管路中混合保护气体被再加热860～880℃，并以每分钟800毫升的流量通过喷管喷向钢带上下表面，钢带移动速度1.5～2米/分，移动的钢带表面的脱碳时间约2～3分钟。
8.根据权利要求3所述的钢带铅浴淬火回火生产线上钢带表面脱碳方法，其特征是在管路中混合保护气体被再加热880～900℃，并以每分钟1000毫升流量通过喷管喷向钢带上下表面，钢带移动速度1.0～1.5米/分，移动的钢带表面经历的脱碳时间约1～2分钟。
全文摘要
钢带铅浴淬火回火过程中的表面脱碳技术和设备，在钢带连续淬火加热过程中，通过对保护气体加湿，使得保护气含有一定量的水蒸气，利用热蒸气中的氧与钢带表面层中的碳起氧化反应，达到钢带表面脱碳的目的。该技术应用于钢带铅浴淬火回火生产线，实现了钢带表面脱碳的目标，获得了钢带表面约5微米厚度的脱碳层，显著改善了钢带塑性。同时钢带表面没有出现明显的氧化现象。经过本发明脱碳处理的钢带，可经180度弯折而不断裂或出现裂纹，有效提高钢带制品的成品率和质量。
文档编号C21D1/34GK101054620SQ20071006874
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年5月18日
发明者周国展, 张龙方, 吴鲁海, 何国 申请人:奉化市光亮热处理电炉有限公司