利用钢材热轧后的潜热,控制钢材轧制后的冷却速度,使温度变化过程更接近离线热处理的温降过程,达到相同或相近的钢材组织和性能,称为在线热处理。
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和珠光体转变,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,使力学性能减弱。为了细化铁素体晶粒、减小珠光体晶粒的间距而采用轧后控制冷却。中高碳钢变形后,由于变形作用,碳化物被析出,而且在高温时碳化物长大,这样就减弱了钢的韧性。因此,采用轧制后快速冷却工艺可以防止碳化物析出,改变其组织结构,从而增强其机械强度。
钢材轧制后的在线热处理一般分以下三步。
第一步是淬火阶段。这一工序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剧烈冷却。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。
第二步是回火阶段。此时,轧件经过水冷系统后暴露在空气中,芯部的热量会传到表层,对表面进行回火,即所谓的自回火。
第三步是最后冷却阶段。此阶段发生在后面,主要是芯部的奥氏体进行等温相变,获得最终的金相组织状态。
在线热处理是改善质量的一个有效方法,其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,又通过芯部热量外传,对表层马氏体自回火,使表层得到回火马氏体组织。而芯部由于表层的冷却,致使温降较大,从而细化了生成的珠光体组织,这不仅增大了表层的硬度,而且使芯部组织也得以改善。此外,在线热处理能增强钢板的机械性能,并减少碳和合金元素的含量。在线热处理是把控制加热、控制轧制和控制冷却三者结合成一个完整的节能型生产工艺,因此能节约大量能源、降低成本。