鋼材感應加熱快速熱處理

前言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源、環(huán)保和減排已成為當今急需解決的重大問題。目前，我國已成為世界能源消費大國，但單位GDP能耗與發(fā)達國家相比，尚存在較大的差距，甚至還不及部分發(fā)展中國家。熱處理是僅次于鋼鐵生產(chǎn)的耗能大戶，噸鋼熱處理平均能耗遠高于發(fā)達國家，給能源的使用造成很大的浪費。因此，熱處理行業(yè)的高能耗、低效率和對環(huán)境造成污染的狀況亟待改變。鋼材感應加熱快速熱處理技術(shù)為改變上述狀況開辟了新的途徑。 鋼材感應加熱快速熱處理技術(shù)，是20世紀中期在國外發(fā)展起來的一項新興的鋼材熱處理技術(shù)。與傳統(tǒng)的鋼材熱處理技術(shù)相比，它具有產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、單位能耗低、無廢氣排放等優(yōu)點，在國外鋼材熱處理領(lǐng)域已占有重要的地位。 鋼材感應加熱快速熱處理技術(shù)，在我國已有近50年的歷史。1966年鐵道科學研究院與重慶鋼鐵公司合作，研制成功國內(nèi)第1條鋼軌感應加熱熱處理生產(chǎn)線，開創(chuàng)了鋼材感應加熱熱處理技術(shù)國內(nèi)生產(chǎn)應用的開端。隨后，先后在上海、攀鋼、包鋼等鋼軌生產(chǎn)廠建立了生產(chǎn)線。1980年首鋼特殊鋼公司建成了國內(nèi)第1臺冷拉鋼材感應加熱快速退火處理試驗生產(chǎn)線。1982年上海熱處理廠建成國內(nèi)第1臺棒材感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)線。1983年首鋼特殊鋼公司建成國內(nèi)第1臺鋼管感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)線。由于受到中頻電源功率的限制，這些生產(chǎn)線的感應加熱電源總功率均在500kW左右。隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，到21世紀大功率變頻電源開始出現(xiàn)，感應加熱在鋼材熱處理方面的應用得到了迅速發(fā)展。2003年無錫振吳電爐制造有限公司設(shè)計制造了國內(nèi)最大的油井鋼管感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)線，總加熱功率為6800kW。這條生產(chǎn)線的建成標志著我國感應加熱熱處理裝備的制造水平進入了新階段。2006年由浙江大學等單位研制建成了國內(nèi)第1條鋼絲感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)線。隨后，浙江大學、上海鋼鐵研究所等單位先后建成了PC鋼棒感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)線。這些生產(chǎn)線的建成大大促進了鋼材感應加熱快速熱處理技術(shù)在我國的應用與發(fā)展。在焊管焊縫橫向磁場感應加熱正火（退火）處理方面，上海交通大學、寶鋼等單位進行了大量研究工作，取得了良好的效果?？傊?，這項新的鋼材熱處理技術(shù)必將會得到更大的發(fā)展，為節(jié)省能源、減少排放、改善環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量等作出新的貢獻。 為了適應鋼材感應加熱快速熱處理技術(shù)的發(fā)展，筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗和生產(chǎn)實踐知識，結(jié)合相關(guān)文獻資料，撰寫了本書。本書第3章由牟俊茂撰寫，其余各章由王振東撰寫。本書在撰寫過程中得到了山東榮泰電爐制造公司諸榮祥董事長的大力支持，在此表示感謝。由于筆者水平有限，書中難免有不足之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　鋼材熱處理是鋼鐵生產(chǎn)的重要組成部分，通過熱處理使鋼材的潛力得到充分發(fā)揮。本書介紹了一種新興的鋼材感應加熱快速熱處理工藝技術(shù)。書中包括感應加熱熱處理的物理基礎(chǔ)與金屬學基礎(chǔ)；各類鋼材的感應加熱快速熱處理的工藝以及熱處理后鋼材的性能；對新興鋼材熱處理與傳統(tǒng)熱處理的特點進行了對比與分析；對新興鋼材熱處理工藝的節(jié)能效果進行了評價。
　　本書可供從事材料熱處理工作的工程技術(shù)人員和大專院校材料工程、冶金工程、鋼材加工、機械制造與設(shè)計等專業(yè)的師生參考

書籍目錄

第1章感應加熱技術(shù)的發(fā)展與在鋼材熱處理中的應用
　1.1感應加熱技術(shù)的發(fā)展概況
　1.1.1感應加熱技術(shù)的產(chǎn)生與演變
　1.1.2感應加熱技術(shù)的工業(yè)應用
　1.2感應加熱技術(shù)在鋼材快速熱處理領(lǐng)域的應用
　1.2.1無縫鋼管感應加熱快速熱處理方面的應用
　1.2.2焊接鋼管感應加熱快速熱處理方面的應用
　1.2.3棒材感應加熱快速熱處理方面的應用
　1.2.4鋼絲感應加熱快速熱處理方面的應用
　1.2.5鋼軌感應加熱熱處理的應用
　1.2.6帶材和板材感應加熱快速熱處理方面的應用
　1.3鋼材感應加熱快速熱處理工藝的特點
　1.3.1顯著改善鋼材的力學性能和表面質(zhì)量
　1.3.2改善鋼材的特殊性能
　1.3.3降低鋼材熱處理時的能源消耗
　1.3.4感應加熱快速熱處理工藝是綠色環(huán)保型工藝
第2章鋼材感應加熱快速熱處理的基本原理
　2.1鋼材感應加熱的物理原理
　2.1.1鋼材感應加熱的基本電路與磁、電、熱能的轉(zhuǎn)化
　2.1.2電磁感應現(xiàn)象與法拉第電磁感應定律
　2.1.3電流的熱效應與焦耳.楞茨定律
　2.1.4感應電流在金屬內(nèi)部分布的特點
　2.1.5金屬內(nèi)部熱傳導與溫度的均勻化
　2.2鋼材感應加熱快速熱處理的金屬學基礎(chǔ)
　2.2.1傳統(tǒng)加熱時奧氏體的形成過程
　2.2.2感應加熱對奧氏體形成過程的影響
　2.2.3感應加熱奧氏體冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變
　2.2.4感應加熱淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變
第3章鋼材感應加熱快速熱處理設(shè)備
　3.1鋼材感應加熱快速熱處理用加熱電源
　3.1.1感應加熱電源主電路的基本結(jié)構(gòu)
　3.1.2晶閘管中頻感應加熱電源
　3.1.3晶體管超音頻感應加熱電源
　3.1.4高頻感應加熱電源
　3.1.5鋼材感應加熱快速熱處理用電源類型的選擇
　3.2感應加熱電源頻率的選擇
　3.2.1感應加熱電源頻率與加熱效率的關(guān)系
　3.2.2感應加熱電源頻率與加熱溫度和溫度均勻性的關(guān)系
　3.2.3感應加熱電源頻率與加熱鋼材尺寸的關(guān)系
　3.2.4感應加熱電源頻率與變頻電源投資費用的關(guān)系
　3.2.5感應加熱電源頻率選擇的綜合分析
　3.3感應加熱電源功率的選擇與確定
　3.3.1感應加熱快速熱處理用電源功率的平衡分析
　3.3.2感應加熱電源功率容量的計算方法
　3.3.3感應加熱鋼材快速熱處理用電源設(shè)備的選擇
　3.4感應加熱鋼材快速熱處理用感應器
　3.4.1鋼材感應加熱快速熱處理用感應器的分類
　3.4.2鋼材感應加熱快速熱處理用感應器與電源的連接方式
　3.4.3感應加熱用感應器的參數(shù)選擇與計算
　3.5感應加熱快速熱處理用機械裝置
　3.5.1鋼材的供料和收料機構(gòu)
　3.5.2鋼材的水平傳送機構(gòu)
　3.5.3鋼材自身旋轉(zhuǎn)機構(gòu)
　3.5.4鋼材夾持輥和熱校直裝置
　3.6鋼材感應加熱快速熱處理生產(chǎn)線概況
　3.6.1無縫鋼管感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)裝置
　3.6.2棒材感應加熱快速熱處理裝置
　3.6.3線材感應加熱快速熱處理生產(chǎn)線
第4章鋼材感應加熱快速熱處理的工藝問題
　4.1感應加熱過程鋼材的透熱問題
　4.1.1感應加熱時金屬的升溫曲線
　4.1.2感應加熱時金屬升溫過程的特點
　4.1.3感應加熱鋼材透熱時間的近似計算方法
　4.2感應加熱過程鋼材溫度的均勻性
　4.2.1感應加熱鋼材徑向溫度的均勻性及影響因素
　4.2.2感應加熱鋼材縱向溫度的均勻性及影響因素
　４.３感應加熱鋼材溫度的測量與控制
　4.3.1感應加熱鋼材溫度的測量方法
　4.3.2感應加熱鋼材溫度的控制方法
　4.4感應加熱快速熱處理的加熱與冷卻問題
　4.4.1感應加熱快速熱處理時的淬火加熱
　4.4.2感應加熱快速熱處理時的淬火冷卻
　4.4.3感應加熱快速熱處理用淬火介質(zhì)
　4.4.4感應加熱快速熱處理時的回火加熱與冷卻
　4.5感應加熱快速熱處理時鋼材的外觀質(zhì)量
　4.5.1感應加熱快速熱處理鋼材的氧化與脫碳
　4.5.2感應加熱快速退火處理時冷拉材直徑的變化
　4.5.3感應加熱調(diào)質(zhì)處理鋼管的變形與尺寸變化
第5章無縫鋼管感應加熱快速熱處理
　5.1低合金熱強鋼鋼管感應加熱快速正火處理
　5.1.1低合金熱強鋼的概況
　5.1.2低合金熱強鋼的感應加熱復合熱處理工藝
　5.2高強度小口徑無縫鋼管的感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　5.2.1高強度小口徑無縫鋼管的應用概況
　5.2.2高強度小口徑無縫鋼管感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝
　5.2.3感應加熱調(diào)質(zhì)處理小口徑無縫鋼管的性能特點
　5.2.4感應加熱調(diào)質(zhì)處理小口徑鋼管的使用效果
　5.3石油天然氣鉆采用無縫鋼管的感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　5.3.1石油天然氣鉆采用鋼管的應用概況
　5.3.2石油天然氣鉆采用鋼管的感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝
　5.3.3感應加熱調(diào)質(zhì)處理石油天然氣鉆采用鋼管的性能特點
第6章焊接鋼管感應加熱快速熱處理
　6.1感應加熱焊縫熱處理在焊管生產(chǎn)中的應用概況
　6.1.1感應加熱焊縫熱處理的目的
　6.1.2感應加熱焊縫熱處理方法
　6.2焊縫感應加熱正火處理
　6.2.1焊縫感應加熱正火處理溫度的選擇
　6.2.2焊縫感應加熱正火保溫時間和冷卻方式
　6.2.3焊縫感應加熱正火處理后的力學性能
　6.3焊縫感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　6.3.1焊縫感應加熱淬火與自行回火處理工藝
　6.3.2焊縫感應加熱淬火與回火處理工藝
　6.4焊縫橫向磁場感應加熱的工藝控制
　6.4.1直縫焊管焊縫橫向磁場感應加熱
　6.4.2焊縫加熱溫度的測量與調(diào)控
　6.4.3焊縫加熱的對準裝置
第7章條材感應加熱快速熱處理
　7.1熱軋棒材感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　7.1.1熱軋棒材感應加熱調(diào)質(zhì)處理概況
　7.1.2熱軋棒材感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝
　7.1.3感應加熱調(diào)質(zhì)處理熱軋棒材的性能特點
　7.2棒材感應加熱快速球化退火處理
　7.2.1傳統(tǒng)球化退火處理過程及其存在問題
　7.2.2感應加熱快速球化退火處理工藝
　7.3PC鋼材的感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　7.3.1PC鋼材的生產(chǎn)概況
　7.3.2PC鋼材感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝
　7.3.3PC鋼材感應加熱調(diào)質(zhì)處理生產(chǎn)線
　7.3.4感應加熱調(diào)質(zhì)處理PC鋼材的力學性能
　7.4奧氏體氣閥鋼條材感應加熱固溶處理
　7.4.1奧氏體氣閥鋼條材固溶處理概況
　7.4.2奧氏體氣閥鋼條材感應加熱固溶處理工藝
　7.4.3感應加熱固溶處理奧氏體氣閥鋼的性能特點
　7.4.4奧氏體鋼條材感應加熱固溶處理工藝的推廣應用
　7.5雙相氣閥鋼條材感應加熱固溶處理
　7.5.1雙相氣閥鋼條材固溶處理概況
　7.5.2雙相氣閥鋼30Cr13Ni7Si2條材的感應加熱固溶處理工藝
　7.5.3感應加熱固溶處理氣閥鋼30Cr13Ni7Si2的性能特點
　7.6鋼軌感應加熱熱處理
　7.6.1鋼軌強化的熱處理方法
　7.6.2感應加熱鋼軌頭部欠速淬火處理（SQ處理）概況
　7.6.3感應加熱鋼軌欠速淬火處理工藝參數(shù)的選擇
　7.6.4感應加熱SQ處理鋼軌的力學性能
　7.7冷拉軸承鋼材感應加熱快速退火處理
　7.7.1冷拉軸承鋼材退火處理工藝概況
　7.7.2冷拉軸承鋼材感應加熱快速退火工藝
　7.7.3感應加熱快速退火處理冷拉軸承鋼材的性能特點
　7.7.4感應加熱快速退火處理后冷拉軸承鋼材內(nèi)應力的狀況
　7.7.5感應加熱快速退火處理后軸承鋼的球化組織狀態(tài)
第8章鋼絲感應加熱快速熱處理
　8.1預應力鋼絲的感應加熱穩(wěn)定化處理
　8.1.1預應力鋼絲感應加熱穩(wěn)定化處理概況
　8.1.2預應力鋼絲感應加熱穩(wěn)定化處理工藝
　8.1.3預應力鋼絲感應加熱穩(wěn)定化處理的效果
　8.2高碳鋼絲感應加熱（半程）索氏體化處理
　8.2.1高碳鋼絲索氏體化處理概況
　8.2.2高碳鋼絲半程感應加熱索氏體化處理工藝
　8.2.3高碳鋼絲半程感應加熱索氏體化處理的工藝問題
　8.3高碳鋼絲全程感應加熱索氏體化處理
　8.3.1高碳鋼絲全程感應加熱索氏體化處理的基本工藝過程
　8.3.2高碳鋼絲全程感應加熱索氏體化處理的試驗結(jié)果
　8.4彈簧鋼絲感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　8.4.1彈簧鋼絲調(diào)質(zhì)熱處理的應用概況
　8.4.2彈簧鋼絲感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝
　8.4.3彈簧鋼絲感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝參數(shù)的選擇
　8.4.4感應加熱調(diào)質(zhì)處理彈簧鋼絲的性能特點
　8.5盤卷線材感應加熱井式爐退火處理
　8.5.1感應加熱井式退火爐的結(jié)構(gòu)
　8.5.2感應加熱井式爐盤卷線材的退火處理工藝
　8.5.3感應加熱井式退火爐的改進方向
第9章板材、帶材感應加熱快速熱處理
　9.1奧氏體不銹鋼板材感應加熱固溶處理
　9.1.1鋼板縱向磁場感應加熱固溶處理裝置
　9.1.2鋼板感應加熱固溶處理工藝參數(shù)的選擇
　9.1.3感應加熱固溶處理時鋼板的變形
　9.1.4鋼板感應加熱固溶處理時的生產(chǎn)率和單位能耗
　9.2帶材橫向磁場感應加熱快速熱處理
　9.2.1帶材橫向磁場感應加熱
　9.2.2帶材橫向磁場感應加熱時的特點
　9.2.3帶材橫向磁場感應加熱退火處理
　9.2.4橫向磁場感應加熱帶材退火處理時的工藝問題
　9.2.5奧氏體不銹鋼帶材橫向磁場感應加熱固溶處理
第10章半制品坯料的感應加熱快速熱處理
　10.1鋼管感應加熱彎管及其熱處理
　10.1.1感應加熱彎管的復合調(diào)質(zhì)處理工藝
　10.1.2感應加熱復合調(diào)質(zhì)處理彎管的力學性能
　10.2液壓支柱用鋼管坯料感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　10.2.1液壓支柱用鋼管的化學成分與力學性能
　10.2.2液壓支柱用鋼管坯料感應加熱調(diào)質(zhì)處理裝置
　10.2.3感應加熱調(diào)質(zhì)處理液壓支柱油缸鋼管的效果
　10.3短棒材坯料中頻感應加熱調(diào)質(zhì)處理
　10.3.1活塞桿坯料感應加熱調(diào)質(zhì)處理工藝
　10.3.2調(diào)質(zhì)處理工藝參數(shù)的選擇
　10.3.3活塞桿感應加熱調(diào)質(zhì)處理后的性能
第11章鋼材感應加熱快速熱處理時的能源消耗
　11.1鋼材感應加熱快速熱處理時的單位能耗
　11.1.1鋼材加熱時的理論單位能耗
　11.1.2鋼材加熱時的實際單位能耗
　11.1.3感應加熱快速熱處理時鋼材的單位能耗
　11.2鋼材感應加熱快速熱處理時的能源利用狀況
　11.2.1能源利用率及其計算方法
　11.2.2鋼材感應加熱快速熱處理時的能源利用率
　11.3感應加熱快速熱處理的節(jié)能特點
　11.3.1鋼材感應加熱的節(jié)能特點
　11.3.2鋼材感應加熱快速熱處理的工藝節(jié)能特點
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第一章 感應加熱技術(shù)的發(fā)展與在鋼材熱處理中的應用 1．1 感應加熱技術(shù)的發(fā)展概況 感應加熱是在金屬內(nèi)部，利用感應電流以電熱轉(zhuǎn)換形式，對金屬進行直接加熱的一種方法。感應加熱能迅速獲得很高的溫度，可以實現(xiàn)快速加熱。它是一種綠色環(huán)保節(jié)能的加熱方法。感應加熱用于工業(yè)生產(chǎn)已有百余年的歷史?，F(xiàn)將感應加熱技術(shù)的產(chǎn)生過程和在鋼材快速熱處理方面的應用概況簡介如下。 1．1．1 感應加熱技術(shù)的產(chǎn)生與演變 感應加熱是建立在電磁感應原理和電流的熱效應兩個物理原理的基礎(chǔ)上的電加熱方法。 1820年丹麥物理學家奧斯特（H．Oersted）發(fā)現(xiàn)帶電導體的周圍會產(chǎn)生磁場的電磁現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，1831年英國物理學家法拉第（M．Farady）通過實驗發(fā)現(xiàn)，當導體在磁場中做切割磁力線運動時，導體中會產(chǎn)生感應電流，至此，就產(chǎn)生了電磁感應定律。簡言之，即在恒定的磁場中，導體做切割磁力線的運動、導體中會產(chǎn)生感應電流；相反，導體靜止不動，磁場強度發(fā)生變化時，導體中同樣會產(chǎn)生感應電流。電磁感應定律是描述電磁之間關(guān)系的重要物理定律，它是感應加熱技術(shù)的理論基礎(chǔ)之一。 1840年英國物理學家焦耳（J．Joule）和俄國物理學家于1842年，各自獨立地發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應，即流經(jīng)導體中的電流會產(chǎn)生熱能的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)成為焦耳一楞茨定律；當導體有電流流動時，自由電子運動要克服各種阻力，即要克服導體的電阻，從而使一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能。感應加熱就是利用這部分熱能來加熱金屬。由此可見，電流的熱效應和電磁感應現(xiàn)象共同組成感應加熱的理論基礎(chǔ)。 1．1．2 感應加熱技術(shù)的工業(yè)應用 感應加熱技術(shù)最先應用于金屬熔化與冶煉；隨后應用到坯料加熱和熱處理。 1884年提出利用感應電流來熔化金屬的設(shè)想。 1887年第1臺有鐵芯感應電爐問世，開辟了利用感應加熱冶煉金屬的新領(lǐng)域。 1930年以來，感應加熱技術(shù)開始應用于鍛造、軋制等熱加工坯料加熱。利用感應加熱替代燃料加熱，減少金屬的氧化損失，提高坯料的加熱質(zhì)量。 1940年前后，隨著無線電技術(shù)的進步和高頻電源的出現(xiàn)，感應加熱技術(shù)開始應用到鋼制零件的表面淬火處理。利用感應電流的集膚效應對表面進行淬火處理，用于提高軸類、齒輪、模具等部件的表面硬度和耐磨性能，以提高零件的使用壽命?？梢哉J為，感應加熱表面淬火處理的出現(xiàn)，是感應加熱技術(shù)應用于熱處理的開端。 1960年以后，隨著變頻電源技術(shù)的發(fā)展，為感應加熱技術(shù)在鋼材熱處理方面的應用創(chuàng)造了有利條件。

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　　《鋼材感應加熱快速熱處理》可供從事材料熱處理工作的工程技術(shù)人員和大專院校材料工程、冶金工程、鋼材加工、機械制造與設(shè)計等專業(yè)的師生參考。

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