真空热处理炉

[size=14px][color=#cc0000]　　摘要：本文介绍了合肥等离子体所研发的微波等离子高温热处理装置，并针对热处理装置中真空压力精确控制这一关键技术，介绍了上海依阳公司为解决这一关键技术所采用的真空压力下游控制模式及其装置，介绍了引入真空压力控制装置后微波等离子高温热处理过程中的真空压力控制实测结果，实现了等离子体热处理工艺参数的稳定控制，验证了替代进口真空控制装置的有效性。[/color][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][color=#cc0000][b]1. 问题的提出[/b][/color][size=14px]　　各种纤维材料做为纤维复合材料的增强体在军用与民用工业领域中发挥着巨大作用，例如碳纤维、陶瓷纤维和玻璃纤维等，而高温热处理是提高这些纤维材料性能的有效手段，通过高温可去除杂质原子，提高主要元素含量，可以得到性能更加优良的纤维材料，因此纤维材料高温热处理的关键是方法与设备。[/size][size=14px]　　低温等离子体技术做为一种高温热处理的新型工艺方法，气体在加热或强电磁场作用下电离产生的等离子体可在室温条件下快速达到2000℃以上的高温条件。目前已有研究人员利用高温热等离子体、直流电弧等离子体、射频等离子体等技术对纤维材料进行高温热处理。低温等离子体具有工作气压宽，电子温度高，纯净无污染等优势，且在利用微波等离子体对纤维材料进行高温处理时，可利用某些纤维材料对电磁波吸收以及辐射作用，通过产生的微波等离子体、电磁波以及等离子体产生的光能等多种加热方式，将大量能量作用于纤维材料上，实现快速且有效的高温热处理。同时，通过调节反应条件，可将多种反应处理一次性完成，大大降低生产成本。[/size][size=14px]　　中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所对微波等离子体高温热处理工艺进行了大量研究，并取得了突破性进展，在对纤维材料的高温热处理过程中，热处理温度可以在十几秒的时间内从室温快速升高到2000℃以上，研究成果申报了国家发明专利CN110062516A“一种微波等离子体高温热处理丝状材料的装置”，整个热处理装置的原理如图1-1所示。[/size][align=center][size=14px][img=,690,416]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202228157595_5464_3384_3.png!w690x416.jpg[/img][/size][/align][align=center][size=14px][color=#cc0000]图1-1 微波等离子体高温热处理丝状材料的装置原理图[/color][/size][/align][size=14px]　　等离子体所研制的这套热处理装置，可通过调节微波功率、真空压力等参数来灵活调节温度区间，可在低气压的情况下获得较高温度，但同时也要求这些参数具有灵活的可调节性和控制稳定性，如为了实现达到设定温度以及温度的稳定性，就需要对热处理装置中的真空压力进行精确控制，这是实现等离子工艺平稳运行的关键技术之一。[/size][size=14px]　　为了解决这一关键技术，上海依阳实业有限公司采用新开发的下游真空压力控制装置，为合肥等离子体所的高温热处理装置较好的解决了这一技术难题。[/size][size=14px][b][color=#cc0000]2. 真空压力下游控制模式[/color][/b][/size][size=14px]　　针对合肥等离子体所的高温热处理装置，真空腔体内的真空压力采用了下游控制模式，此控制模式的结构如图2-1所示。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,334]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202229013851_5860_3384_3.png!w690x334.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图2-1 下游控制模式示意图[/color][/align][size=14px]　　具体到图1-1所示的微波等离子体高温热处理丝状材料的装置，采用了频率为2.45GHz的微波源，包括微波源系统和上、下转换波导，上转换波导连接真空泵，下转换波导连接微波源系统和样品腔，上、下转换波导间设有同轴双层等离子体反应腔管，双层等离子体反应腔管包括有同轴设置的外层铜管和内层石英玻璃管，内层石英玻璃管内为等离子体放电腔，外层铜管与内层石英玻璃管之间为冷却腔，外层铜管的两端设有分别设有冷媒进口和出口以形成循环冷却。真空泵、样品腔分别与等离子体放电腔连通，样品腔设有进气管，工作气体及待处理丝状材料由样品腔进气管进入等离子体放电腔。微波源系统采用磁控管微波源，磁控管微波源包括有微波电源、磁控管、三销钉及短路活塞，微波由微波电源发出经磁控管产生，磁控管与下转换波导之间设置有矩形波导，矩形波导安装有三销钉，下转换波导另一端连接有短路活塞，通过调节三销钉和短路活塞，得到匹配状态和传输良好的微波。[/size][size=14px]　　丝状材料由样品腔进入内层石英层玻璃管，从两端固定拉直，安装完毕后真空泵抽真空并由进气管向等离子体放电腔通入工作气体。微波源系统产生的微波能量经三销钉和短路活塞调节，通过下转换波导由TE10模转为TEM模传输进入等离子体放电腔，在放电腔管内表面形成表面波，激发工作气体产生高密度微波等离子体作用于待处理丝状材料，同时等离子体发出的光以及部分泄露的微波也被待处理丝状材料吸收，实现多种手段同时加热。双层等离子体反应腔管外围环绕设有磁场组件，外加磁场可调节微波在等离子体中的传播模式，同时可以使得丝状材料更好的重结晶，提高处理后的丝状材料质量。[/size][size=14px]　　装置可以通过调节微波功率、工作气压调节温度，变化范围为1000℃至5000℃间，同时得到不同长度的微波等离子体。为了进行工作气压的调节，在真空泵和上转换波导的真空管路之间增加一个数字调节阀。当设定一定的进气速率后，调节阀用来控制装置的出气速率由此来控制工作腔室内的真空度，采用薄膜电容真空计来高精度测量绝对真空度，而调节阀的开度则采用24位高精度控制器进行PID控制。[/size][size=14px][b][color=#cc0000]3. 下游控制模式的特点[/color][/b][/size][size=14px]　　如图2-1所示，下游控制模式是一种控制真空系统内部真空压力的方法，其中抽气速度是可变的，通常由真空泵和腔室之间的控制阀实现。[/size][size=14px]　　下游控制模式是维持真空系统下游的压力，增加抽速以增加真空度，减少流量以减少真空度，因此，这称为直接作用，这种控制器配置通常称为标准真空压力调节器。[/size][size=14px]　　在真空压力下游模式控制期间，控制阀将以特定的速率限制真空泵抽出气体，同时还与控制器通信。如果从控制器接收到不正确的输出电压（意味着压力不正确），控制阀将调整抽气流量。压力过高，控制阀会增大开度来增加抽速，压力过低，控制阀会减小开度来降低抽速。[/size][size=14px]　　下游模式具有以下特点：[/size][size=14px]　　（1）下游模式作为目前最常用的控制模式，通常在各种条件下都能很好地工作；[/size][size=14px]　　（2）但在下游模式控制过程中，其有效性有时可能会受到“外部”因素的挑战，如入口气体流速的突然变化、等离子体事件的开启或关闭使得温度突变而带来内部真空压力的突变。此外，某些流量和压力的组合会迫使控制阀在等于或超过其预期控制范围的极限的位置上运行。在这种情况下，精确或可重复的压力控制都是不可行的。或者，压力控制可能是可行的，但不是以快速有效的方式，结果造成产品的产量和良率受到影响。[/size][size=14px]　　（3）在下游模式中，会在更换气体或等待腔室内气体沉降时引起延迟。[/size][size=14px][b][color=#cc0000]4. 下游控制用真空压力控制装置及其控制效果[/color][/b][/size][size=14px]　　下游控制模式用的真空压力控制装置包括数字式控制阀和24位高精度控制器。[/size][size=14px][color=#cc0000]4.1. 数字式控制阀[/color][/size][size=14px]　　数字式控制阀为上海依阳公司生产的LCV-DS-M8型数字式调节阀，如图4-1所示，其技术指标如下：[/size][size=14px]　　（1）公称通径：快卸：DN10-DN50、活套：DN10-DN200、螺纹：DN10-DN100。[/size][size=14px]　　（2）适用范围（Pa）：快卸法兰（KF）2×10[sup]?5[/sup]~1.3×10[sup]?-6[/sup]/活套法兰6×10[sup]?5[/sup]~1.3×10[sup]?-6[/sup]。[/size][size=14px]　　（3）动作范围：0～90°；动作时间：小于7秒。[/size][size=14px]　　（4）阀门漏率（Pa.L/S）：≤1.3×10[sup]?-6[/sup]。[/size][size=14px]　　（5）适用温度：2℃~90℃。[/size][size=14px]　　（6）阀体材质：不锈钢304或316L。[/size][size=14px]　　（7）密封件材质：增强聚四氟乙烯。[/size][size=14px]　　（8）控制信号：DC 0~10V或4~20mA。[/size][size=14px]　　（9）电源供电：DC 9~24V。[/size][size=14px]　　（10）阀体可拆卸清洗。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,315,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202231249739_6263_3384_3.png!w315x400.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图4-1 依阳LCV-DS-M8数字式调节阀[/color][/align][size=14px][color=#cc0000]4.2. 真空压力控制器[/color][/size][size=14px]　　真空压力控制器为上海依阳公司生产的EYOUNG2021-VCC型真空压力控制器，如图4-2所示，其技术指标如下：[/size][size=14px]　　（1）控制周期：50ms/100ms。[/size][size=14px]　　（2）测量精度：0.1%FS（采用24位AD）。[/size][size=14px]　　（3）采样速率：20Hz/10Hz。[/size][size=14px]　　（4）控制输出：直流0~10V、4-20mA和固态继电器。[/size][size=14px]　　（5）控制程序：支持9条控制程序，每条程序可设定24段程序曲线。[/size][size=14px]　　（6）PID参数：20组分组PID和分组PID限幅，PID自整定。[/size][size=14px]　　（7）标准MODBUS RTU 通讯协议。两线制RS485。[/size][size=14px]　　（8）设备供电： 86~260VAC（47~63HZ）/DC24V。[/size][align=center][size=14px][img=,500,500]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202232157970_4559_3384_3.jpg!w500x500.jpg[/img][/size][/align][align=center][size=14px][color=#cc0000]图4-2 依阳24位真空压力控制器[/color][/size][/align][size=14px][b][color=#cc0000]5. 控制效果[/color][/b][/size][size=14px]　　安装了真空压力控制装置后的微波等离子体高温热处理系统如图5-1所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,395]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202232573625_5179_3384_3.png!w690x395.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-1 微波等离子体高温热处理系统[/color][/align][size=14px]　　在热处理过程中，先开启真空泵和控制阀对样品腔抽真空，并通惰性气体对样品腔进行清洗，然后按照设定流量充入相应的工作气体，并对样品腔内的真空压力进行恒定控制。真空压力恒定后开启等离子源对样品进行热处理，温度控制在2000℃以上，在整个过程中样品腔内的真空压力始终控制在设定值上。整个过程中的真空压力变化如图5-2所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202234216839_5929_3384_3.png!w690x419.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-2 微波等离子体高温热处理过程中的真空压力变化曲线[/color][/align][size=14px]　　为了更好的观察热处理过程中真空压力的变化情况，将图5-2中的温度突变处放大显示，如图5-3所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,427]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202234347767_4036_3384_3.png!w690x427.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-3 微波等离子体高温热处理过程中温度突变时的真空压力变化[/color][/align][size=14px]　　从图5-3所示结果可以看出，在300Torr真空压力恒定控制过程中，真空压力的波动非常小，约为0.5%，由此可见调节阀和控制器工作的准确性。[/size][size=14px]　　另外，在激发等离子体后样品表面温度在几秒钟内快速上升到2000℃以上，温度快速上升使得腔体内的气体也随之产生快速膨胀而带来内部气压的升高，但控制器反应极快，并控制调节阀的开度快速增大，这反而造成控制越有超调，使得腔体内的气压反而略有下降，但在十几秒种的时间内很快又恒定在了300Torr。由此可见，这种下游控制模式可以很好的响应外部因素突变造成的真空压力变化情况。[/size][size=14px]　　上述控制曲线的纵坐标为真空计输出的与真空度对应的电压值，为了对真空度变化有更直观的了解，按照真空计规定的转换公式，将上述纵坐标的电压值换算为真空度值（如Torr），纵坐标换算后的真空压力变化曲线如图54所示，图中还示出了真空计电压信号与气压的转换公式。[/size][size=14px]　　同样，将图5-4纵坐标放大，如图5-5所示，可以直观的观察到温度突变时的真空压力变化情况。从图5-4中的转换公式可以看出，由于存在指数关系，纵坐标转换后的真空压力波动度为6.7%左右。如果采用线性化的薄膜电容式真空计，即真空计的真空压力测量值与电压信号输出值为线性关系，这种现象将不再存在。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,423]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202236297989_3820_3384_3.png!w690x423.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图5-4 高温热处理过程中温度突变时的真空压力变化（纵坐标为Torr）[/color][/align][align=center][size=14px][img=,690,421]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/05/202105202236397212_4575_3384_3.png!w690x421.jpg[/img][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图5-5 高温热处理过程中温度突变时的真空压力变化（纵坐标为Torr）[/color][/align][size=14px][b][color=#cc0000]6. 总结[/color][/b][/size][size=14px]　　综上所述，采用了完全国产化的数字式调节阀和高精度控制器，完美验证了真空压力下游控制方式的可靠性和准确性，同时还充分保证了微波等离子体热处理过程中的温度调节、温度稳定性和均温区长度等工艺参数，为微波等离子体热处理工艺的推广应用提供了技术保障。另外，这也是替代真空控制系统进口产品的一次成功尝试。[/size][size=14px]　　[/size][size=14px][/size][align=center]=======================================================================[/align][size=14px][/size][size=14px][/size]

热处理工艺中零件脱碳会缩短其使用寿命，采用可控气氛可以改善零件的变形，开裂，还可以准确控制表面渗入元素的浓度，提高渗件质量。而热处理炉气监控系统可以让炉内气氛活动清晰起来，让理论和实际保持一致。 碳势是气体渗碳、脱碳等工艺过程中需要精确控制的主要参数。炉气的碳势未得到有效控制时，往往造成钢铁组件的渗层表面含碳量或渗层碳浓度达不到工艺要求。在一定的渗碳温度下，炉气碳势主要取决于炉气的成分及在其高温下相互结合反应的结果。 热处理炉气监控系统可以实时测量炉内真实气氛、氧电势、温度，让碳势控制不再依靠理论上的化学平衡，而是直接反应炉内生成的气氛情况。[align=center][img=,690,492]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901031325052180_6133_2567402_3.png!w690x492.jpg[/img][/align] 如图所示，热处理炉气监控系统不仅可以实时连续的在线测量炉内气氛，还设置了报警功能，随时提示工艺员炉内情况，工艺员还可现在一键校准标定数值，操作非常的简单方便。 目前热处理炉气监控系统是渗碳工艺中值得推荐的碳势控制产品，作为工艺操作工程师们的第三双眼睛，实时守护您的“调皮”炉内气氛。

对于普通碳钢及合金钢，调质处理可以改善钢的综合性能，调质工艺（高温淬火＋高温回火）已应用多年，工艺也比较成熟。调质工艺中的淬火过程是加热钢使其完全奥氏体化后快速冷却，使得碳和合金元素完全固溶到铁素体基体中而形成一种过饱和铁素体而形成马氏体，这种马氏体的强度很高，在随后的高温回火过程中使得碳化物析出，起到析出强化作用，改善钢的性能。通过控制回火处理的温度及时间来调配钢的强韧性。 CrMo钢主要应用于伴有腐蚀环境的油气田中，高钢级CrMo钢需要在保持高强度的同时满足抗腐蚀的条件，这就需要对钢管进行相应的处理，如细化晶粒、改善碳化物构成等。大量研究表明，使用感应热处理的方式可以明显的改善钢管的性能[sup][/sup]。感应热处理方式具有低成本、高效率的特点，并且在钢管制造中可以超越常规热处理，在提高晶粒度、改善析出相构成，降低位错密度等多方面有优良的表现。快速的加热淬火可以使晶粒度同比提高2级以上，快速的加热回火可以抑制析出相（碳化物）长大，使其更加细小、均匀、弥散分布于基体组织，有益于提高钢管的综合性能。采用中频感应加热的方式对CrMo钢进行调质处理，通过细化试验钢的晶粒及调整回火过程中析出相的形态和分布，使感应热处理后的试验钢力学性能相对常规热处理有了较大的提高。[b]1 试验材料和方法[/b] 试验中采用CrMo作为试验钢，样管规格为88.9mm*6.45mm。试验钢经EAF电弧炉冶炼、LF炉精炼后使用VD炉真空脱气，采用连铸的方式制成管坯,，使用PQF三辊连轧机制成无缝钢管。采用中频感应炉对样管进行感应淬火和感应回火处理，从调质处理后的管材上切取样品，对所切取的样品进行粗磨、细磨、抛光、浸蚀（浸蚀剂采用4%HNO[sub]3[/sub]＋96％C[sub]2[/sub]H[sub]5[/sub]OH，浸蚀时间为5~10秒），然后在金相显微镜上进行显微组织观察。为了进一步观察回火索氏体中碳化物的形态，用扫描电子显微镜进行显微组织观察，采用X衍射仪进行X射线衍射试验并采用透射电镜确定析出相种类。 为了研究感应热处理过程中试验钢在感应淬火和感应回火两个不同阶段的变化以及方便和传统电阻炉加热热处理进行对比，我们采用以下热处理方式进行试验，分别为：I、中频感应炉淬火+电阻炉回火；II、电阻炉淬火+电阻炉回火；III、电阻炉淬火+中频感应炉回火；IV、中频感应炉淬火+中频感应炉回火。感应热处理过程中的加热时间，采用5~10分钟，短时间内的感应热处理加热方式可以避免试验钢的晶粒长大，保证试验钢通过热处理试验得到更好的宏观力学性能。[b]2 试验结果及讨论2.1 感应淬火对试验钢的性能影响[/b] 使用中频感应炉和电阻加热炉对CrMo钢进行了感应淬火与常规淬火的比较试验，分别使用热处理方式I和II，结果如表一所示：表一 不同热处理淬火方式下试验钢的力学性能[table=565][tr][td] [align=center]试样号[/align] [/td][td] [align=center]热处理制度[/align] [/td][td] [align=center]屈服强度[/align] [align=center]（Mpa）[/align] [/td][td] [align=center]抗拉强度（Mpa）[/align] [/td][td] [align=center]延伸率[/align] [align=center]（%）[/align] [/td][td] [align=center]冲击功[/align] [align=center]（J）[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]1[/align] [/td][td] [align=center][i]950°C×10min[/i][/align][i] [/i][align=center]+670°C×60min[/align] [/td][td] [align=center]917[/align] [/td][td] [align=center]957[/align] [/td][td] [align=center]17.5[/align] [/td][td] [align=center]76[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]2[/align] [/td][td] [align=center][i]950°C× 5min[/i][/align][i] [/i][align=center]+670°C×60min[/align] [/td][td] [align=center]934.5[/align] [/td][td] [align=center]965[/align] [/td][td] [align=center]16[/align] [/td][td] [align=center]70[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]3[/align] [/td][td] [align=center]950°C×40min[/align] [align=center]+670°C×60min[/align] [/td][td] [align=center]830[/align] [/td][td] [align=center]847[/align] [/td][td] [align=center]16[/align] [/td][td] [align=center]75[/align] [/td][/tr][/table] 表一采用了三种热处理制度，前两种都采用热处理方式I，不同的是淬火前的感应加热时间不同，1#试样采用10分钟的加热时间，2#试样采用5分钟的加热时间，用于比较在不同淬火加热时间情况下试验钢的力学性能变化。3#试样采用热处理方式II进行调质处理，主要用于和1#试样比较不同淬火热处理方式下试样钢的力学性能变化。通过比较可以发现，经过感应热处理淬火的1#试样在保持近似冲击功性能的同时，屈服强度比常规热处理淬火的3#试样提高近90Mpa，达到125ksi钢级，这主要是因为感应热处理淬火保温时间较短，奥氏体晶粒形核后长大时间相对较短，使淬火后的试验钢晶粒细化。[img=,674,300]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707020914_01_2984502_3.png[/img] 图1是1#和3#两种试样的原奥氏体晶粒图。从图1中可以看出，经过感应热处理淬火的试样相对常规热处理的试样，晶粒细化程度明显。为了准确评价试样的晶粒度级别，我们采用比较法对试验钢进行奥氏体晶粒度的评级，因为标准中没有9级以上的晶粒度评级，因此采用200倍金相评级+2的方法，得到1#试样的晶粒度为10级，3#试样的晶粒度为8.5级。 晶粒度细化是提高钢管性能的主要因素，因此经过感应热处理的试样力学性能相对常规热处理有所提高。[img=,554,388]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707020914_02_2984502_3.png[/img] 图2是2#试样在200X显微镜下的晶粒度图，晶粒度为11级，通过对比1#和2#试样的感应热处理制度和晶粒度级别可见，随着感应淬火加热时间的减少，晶粒度呈细化的趋势。 通过对比1#和2#试样的力学性能发现，在同样的感应淬火热处理中，缩短加热时间虽然可以使晶粒度进一步细化，但这种晶粒度的细化无法同时提高试样钢的屈服强度和冲击功。从表一中可以看出，随着缩短感应淬火加热时间，试样钢的屈服强度有所提高，但冲击功性能相对降低，因此，试样钢要得到满意的力学性能需要合理的制定感应淬火加热时间。同时我们也可以看出，在感应热处理中通过灵活的调整感应淬火加热时间，可以控制试验钢力学性能的配比。[b]2.2 感应回火对试验钢的性能影响[/b] 感应淬火热处理可以通过细化晶粒提高试验钢的力学性能，感应回火热处理则通过改变析出相的形态和位错密度来改善试验钢的性能。试验中同样使用中频感应炉和电阻加热炉对抗腐蚀无缝钢管27CrMo27Vs进行了感应回火与常规回火的比较试验，分别使用热处理方式III和II。在感应热处理回火前，三种样品都采用常规热处理淬火的方式，热处理制度为950°C×40min，不同回火制度的试验结果如表二所示：表二 不同热处理回火方式下试验钢的力学性能[table=565][tr][td] [align=center]试样号[/align] [/td][td] [align=center]热处理制度[/align] [/td][td] [align=center]屈服强度[/align] [align=center]（Mpa）[/align] [/td][td] [align=center]抗拉强度（Mpa）[/align] [/td][td] [align=center]延伸率[/align] [align=center]（%）[/align] [/td][td] [align=center]冲击功[/align] [align=center]（J）[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]4[/align] [/td][td] [align=center]950°C×40min[/align] [align=center]+670°C×5min [/align] [/td][td] [align=center]902[/align] [/td][td] [align=center]949[/align] [/td][td] [align=center]18.0[/align] [/td][td] [align=center]73[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]5[/align] [/td][td] [align=center]950°C×40min[/align] [align=center]+670°C×3min [/align] [/td][td] [align=center]922[/align] [/td][td] [align=center]968[/align] [/td][td] [align=center]18.0[/align] [/td][td] [align=center]70[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]3[/align] [/td][td] [align=center]950°C×40min[/align] [align=center]+670°C×60min[/align] [/td][td] [align=center]830[/align] [/td][td] [align=center]847[/align] [/td][td] [align=center]16[/align] [/td][td] [align=center]75[/align] [/td][/tr][/table] 表二采用了三种热处理制度，前两种都采用热处理方式III，不同的感应回火热处理的加热时间不同，4#试样采用5分钟的加热时间，5#试样采用3分钟的加热时间，用于比较在不同回火加热时间情况下试验钢的力学性能变化。3#试样采用热处理方式II进行调质处理，主要用于和4#、5#试样比较不同回火热处理方式下试样钢的力学性能变化。通过比较可以发现，经过感应热处理回火的4#、5#试样在保持近似冲击功性能的同时，屈服强度比常规热处理回火的3#试样提高70Mpa以上，达到125ksi钢级。在感应热处理回火过程中，不同于传统热处理。传统热处理需要较长的时间使在淬火过程中固溶的碳及合金元素充分析出，从而满足冲击性能，而感应热处理方式可以在短时间内提供试验钢较高的能量，造成短时间内就可以满足析出相的充分析出。图3是使用扫描电镜得到的3#和4#试验钢的析出相形貌照片，照片中3#试样的析出相形态以棒状和带有尖端的条状为主，球状及椭圆状析出相很少，而4#试样的析出相形态以球状和椭圆状为主，很少出现棒状和带有尖端的条状形态，这是因为传统热处理是一个渐变的过程，满足性能必然要提高加热时间，提高加热时间伴随着析出相的长大和偏聚，形成棒状或带有尖端的条状，增加材料的脆性；而感应热处理的回火过程时间很短，析出相来不及长大，形成分布均匀，偏重于球形或椭圆形的形态，使试验钢减少由于析出相的偏聚而带来的性能下降，从而达到提高力学性能的目的。[img=,690,309]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707020915_01_2984502_3.png[/img][b]2.3 感应热处理对试验钢的影响[/b] 通过以上的分析，我们可以看出感应热处理淬火和回火都可以利用不同的微观机理达到提高试验钢力学性能的目的。表三中的6#试样是采用IV热处理方式的力学性能结果，与3#试验钢对比发现两种热处理方式下冲击功变化较小。采用感应调质热处理（淬火和回火）后的试验钢相对传统调质处理，屈服强度可以提高超过100Mpa。表三 不同方式调质处理后试验钢的力学性能[table=553][tr][td] [align=center]试样号[/align] [/td][td] [align=center]热处理制度[/align] [/td][td] [align=center]屈服强度[/align] [align=center]（Mpa）[/align] [/td][td] [align=center]抗拉强度（Mpa）[/align] [/td][td] [align=center]延伸率[/align] [align=center]（%）[/align] [/td][td] [align=center]冲击功[/align] [align=center]（J）[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]6[/align] [/td][td] [align=center]950°C×10min[/align] [align=center]+670°C×5min [/align] [/td][td] [align=center]945[/align] [/td][td] [align=center]998[/align] [/td][td] [align=center]18.5[/align] [/td][td] [align=center]74[/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center]3[/align] [/td][td] [align=center]950°C×40min[/align] [align=center]+670°C×60min[/align] [/td][td] [align=center]830[/align] [/td][td] [align=center]847[/align] [/td][td] [align=center]16[/align] [/td][td] [align=center]75[/align] [/td][/tr][/table][img=,690,299]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707020916_01_2984502_3.png[/img] 使用感应热处理的方式对抗腐蚀无缝钢管进行热处理不仅仅可以提高材料的力学性能，同时需要值得注意的是感应加热这种热处理方式带来的析出相及位错密度的改变。图4是3#试样和4#试样的透射电镜图象，通过图4可知，经过感应回火热处理的4#试样具有更低的位错密度。27CrMo27Vs钢主要以抗H[sub]2[/sub]S为目的，在腐蚀过程中H离子往往存在于材料的位错位置，位错密度高会引起H离子的聚集并形成氢分子，随着氢气团的增大使材料产生氢致开裂，在使用中会出现材料失效的现象，因此更低的位错密度有利于提高油井管的抗腐蚀能力。图4 3#和4#试样的析出相的TEM图[b]3 结论[/b] 通过以上研究，可以看到感应热处理方式可以提高CrMo钢性能、改善微观析出相的形态、降低材料位错密度。感应热处理的特点使CrMo钢在感应淬火后得到晶粒的细化，在感应回火过程中得到更为适合抗腐蚀性能的析出相形态，有利于提高材料的抗腐蚀性能。 本论文从试验的角度比较了感应热处理方法与常规热处理方法在材料力学性能、微观析出相、微观位错形态等方面的不同，并提出了感应热处理的优势，在机理性研究和最终产品的抗腐蚀试验性能方面仍需进一步的研究。 CrMo钢的感应热处理试验结果为油井管的生产提供了很好的借鉴，推动了同类产品的工艺进步。对油井管感应热处理的深入研究，系统的掌握感应热处理工艺的相关规律，可以提高产品性能以能使CrMo钢得到更好的应用。

[align=left]对于工件变形，有多种潜在原因。正确的分析各种因素的影响机理，慢慢疏理问题根源，有针对性地找到根源，就能够有效地减少工件的热处理变形。[/align][align=left] 近期，武汉华敏的技术工程师回访江苏某齿轮厂用户，该用户的渗碳井式炉上安装了武汉华敏热处理炉况监测系统，这套系统采用1+X多点分布结构，分别监控各区炉内碳势，独创的动态模型，24小时不间断运行，炉内渗碳气氛尽在掌握。目前该系统已运行了一年多，热处理加工零件合格率有了明显的提高，渗碳工件的质量和热处理变形的控制得到了根本改进。[/align][align=left] 渗碳工件的表面碳浓度，渗层深度会对渗层组织的膨胀系数产生影响，渗碳工件的表面碳浓度，渗层深度不同时，其公法线的变形就会不一样。本文将从实际生产中碳势控制的角度来疏理工件变形的潜在根源。[/align] 如果渗碳时不对热处理炉气碳势及工艺过程进行精细化控制，每炉零件的表面碳浓度，渗层深度都会不一样，而且波动较大，就会造成工件变形没有规律。武汉华敏的技术工程师回访的许多热处理现场，仍有一部分车间渗碳方法依然凭经验，根据渗碳剂煤油、甲醇的滴入量等，以此来估计炉气气氛，因此得到的渗碳速度，渗层深度就会出现差异。 要使热处理的变形具有良好的重现性，必须采用先进的碳势自动控制技术，对炉气碳势及渗碳工艺过程进行严格控制，来保证每炉渗碳工件的内在质量一致。

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