輸電線路杆塔鋼材的熱處理工藝的製作方法
2023-06-18 18:47:56
專利名稱：輸電線路杆塔鋼材的熱處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對鋼材的熱處理工藝，尤其是一種輸電線路杆塔結構材料角鋼的熱處理工藝。
背景技術：
由於以往應用於輸電線路杆塔結構材料角鋼多採用優質碳素結構鋼，直接裝配鐵塔而成，其抗拉強度值、抗屈服強度值、抗衝擊韌性等，只能依靠鋼材自身的性能。不管那個國家，到目前為止，對於杆塔的荷載，都是在依靠鋼材的自身強度、剛度及屈服強度等。鋼材自身的性能，決定了鋼材的強度、高塑性和韌性，低的裂紋敏感性、耐蝕性等。隨著電力事業的高速發展，大容量高電壓等級輸電線路得到迅速
發展，出現了同塔多迴路110KV、220KV、330KV、500KV線路及越來高電壓等級的750KV、 1000KV輸電線路，因此杆塔設計的荷載越來越大，為了滿足承載越來越大的荷載，杆塔越做越大，杆塔越做越高，傳統的熱軋角鋼在強度和規格上都適合不了大容量高電壓等級輸電線路的發展，滿足不了大荷載杆塔的使用要求。
發明內容
本發明的目的，在於提供一種特殊的熱處理設備對輸電線路杆塔結構材料角鋼， 進行化學熱處理工藝後，其應用於輸電線路杆塔結構材料角
鋼，獲得高強度，高抗疲勞強度、高抗彎曲疲勞強度、高抗屈服強度，高抗衝擊韌性、低的裂紋敏感性等。轉變成表層為高碳鋼，心部為低碳鋼的一種複合材料。本發明的技術方案為
本發明採取對輸電線路杆塔所用的鋼材進行化學熱處理工藝，用特殊的熱處理爐具， 對鋼材先進行滲碳處理，並進行淬火，然後再進行低溫回火處理。滲碳處理的溫度範圍控制在900°C —950°C ； 回火處理的溫度範圍控制在160°C —200°C ；
首先，將工件裝入化學熱處理工藝爐內在氣體介質中加熱，並進行滲碳的工藝稱為氣體滲碳。氣體滲碳一般由富化氣(滲劑)及稀釋氣體組成。氣體滲碳爐內應保持一定的正壓，並裝有風扇，使爐內氣氛均勻，以便正確的控制碳勢，保證滲碳質量，碳勢是指含碳氣氛在一定溫度下改變工件表面碳質量分數能力的參數，通常用低碳鋼箔，在含碳氣氛中的平衡碳質量分數Wc=L 2 %表示，在化學熱處理爐內，在一定的溫度下加熱工件，若爐氣碳勢高於工件表面碳質量分數，工件表面滲入碳原子，否則將脫碳。氣體滲碳溫度及介質成分易於調整，碳的質量分數及滲層深度易於控制，容易實現直接淬火。該氣體滲碳方法適合用於各種批量，各種尺寸的工件，因而應用最廣，產量最大。本發明採用滴注法進行氣體滲碳。滲碳處理的溫度範圍控制在900°C --950°C;首先，向滲碳爐內滴注液態碳氫或碳氫氧化物，如圖3，經過加熱分解，產生含CH4、C0、H2及少量C02、H20、02的氣體，最主要CH4及CO在爐內及鋼件表面接觸時發生分解，產生活性碳原子滲入工件表面；其次要求滴入的液體應具有產氣量也就是單位體積液體分解後的氣體體積大、碳勢高、雜質(硫等)少，不易形成碳黑等特點。滲碳階段的作用是滲入碳原子，並獲得一定的滲層。這一階段從開始經過大約27-30小時結束；在這期間爐溫保持920°C不變，爐內的壓力控制在150—200Pa。滲劑滴量的控制用二段法前段為強烈滲碳，這一階段採用大滴量，維持爐內的高碳勢(如1. 3 % -1. 5 %具體含量)，這時工件表面吸收大量的活性碳原子，形成高濃度梯度，以提高滲碳的速度，此時第一階段結束。從圖3可以看到，第二段從第四小時到30小時，採用小滴量，既強滲滴量的一半左右，爐溫保持850°C，用以適當的降低爐內的碳勢即碳的含量保持在0. 7-0.8 %，使表面過剩的碳向內層擴散或向爐氣中逸散 (脫碳)，達到獲得所要求的表面碳質量分數和滲碳層深度。第二段經過1小時結束，整個滲碳處理結束。在滲碳處理結束前一小時左右，從爐內取出試棒，檢查滲碳層深度，確定準確的滲碳時間。在達到所要求的滲碳深度後，開始進行鋼件的淬火階段。淬火階段，鋼件隨爐降溫至830°C -850°c，然後保持爐內均溫30—60min，使鋼件的內外溫度一致，最後進行淬火冷卻。在上述的降溫或均溫的過程中，始終應向爐內滴注適量的甲醇或煤油，防止發生氧化脫碳。爐溫緩慢的降溫，有利於滲層析出一部分碳化物，減少奧氏體中的碳質量分數，提高馬氏體的轉變溫度，從而達到減少滲碳層中的殘餘奧氏體， 並增加表面硬度的目的。淬火後，然後再進行低溫回火處理，回火處理的溫度範圍控制在 160 0C —200 "C。本發明的工作原理
將輸電線路杆塔所用的鋼材(低碳鋼件)置於具有足夠碳勢的介質中(滴注式氣氛滲碳)，加熱到奧氏體狀態並保溫，使其表層形成富碳層的碳勢氣氛，而進行化學熱處理工藝。 氣氛中的主要成分是CO、H2、N2、C02、CH4、H20、02等。在滲碳溫度下，滲碳箱內空氣中的氧與滲碳劑中的碳發生化學反應生成C0，而CO 又與工件反應產生C02和活性炭原子。其中C02隨後又與滲碳劑中的碳發生化學反應生成 C0，而活性炭原子將滲入工件表面形成滲碳層，滲碳反應方程式如下
2C+ 02 = 2C0 2C0 = (C) + C02 CH4 = (C) +2 H2 CO+ H2 = (C) + H20 CO = (C) +1/202
滲碳化學熱處理完成後，直接進行淬火，再低溫回火。化學熱處理工藝就完成了。本發明的優點在於使用成本較為低廉的低碳碳素結構鋼，通過化學熱處理工藝， 該鋼材轉變成為表層為高碳鋼，心部為低碳鋼的一種複合材料。通過對應用於輸電線路杆塔結構材料角鋼，進行化學熱處理工藝，提高了鋼材自身的強度、自身的鋼度、自身的抗疲勞強度，自身的抗屈服強度、自身的抗腐蝕性、自身的高塑性及自身的高韌性。經過化學熱處理後的鋼材，強度高，抗屈服強度高、低的裂紋敏感性、耐蝕性好、韌性好，受力彎曲後，可自然復原。
圖1顯示15#鋼硬度與碳含量的關係； 圖2顯示20#鋼硬度與碳含量的關係；
圖3為改變碳勢、溫度滲碳工藝曲線； 圖4直接淬火工藝曲線。
具體實施例方式本發明採取對輸電線路杆塔所用的鋼材進行化學熱處理工藝，用特殊的熱處理爐具，對鋼材先進行滲碳處理，並進行淬火，然後再進行低溫回火處理。回火處理的溫度範圍控制在160°C —200°C ；
首先，將工件裝入化學熱處理工藝爐內在氣體介質中加熱，並進行滲碳的工藝稱為氣體滲碳。氣體滲碳一般由富化氣(滲劑)及稀釋氣體組成。氣體滲碳爐內應保持一定的正壓，並裝有風扇，使爐內氣氛均勻，以便正確的控制碳勢，保證滲碳質量(碳勢是指含碳氣氛在一定溫度下改變工件表面碳質量分數能力的參數，通常用低碳鋼箔，在含碳氣氛中的平衡碳質量分數Wc=L 2 %表示，在化學熱處理爐內，在一定的溫度下加熱工件，若爐氣碳勢高於工件表面碳質量分數，工件表面滲入碳原子，否則將脫碳)。氣體滲碳溫度及介質成分易於調整，碳的質量分數及滲層深度易於控制，容易實現直接淬火。該氣體滲碳方法適合用於各種批量，各種尺寸的工件，因而應用最廣，產量最大。本發明採用滴注法進行氣體滲碳。滲碳處理的溫度範圍控制在900°C ；首先，向滲碳爐內滴注液態碳氫或碳氫氧化物，如圖3，碳勢1. 2 %是指含碳氣氛在一定溫度下改變工件表面碳質量分數能力的參數用Wc=L 2 %表示，這是滲碳的第一階段；滲碳的第二階段碳勢Wc=O. 75 %。2. 920度表示滲碳的第一階段，保持該溫度28小時，經過大約1小時， 溫度降至850度，表示滲碳的第二階段的溫度。經過加熱分解，產生含CH4、CO、H2及少量 C02、H20、02的氣體，最主要CH4及CO在爐內及鋼件表面接觸時發生分解，產生活性碳原子滲入工件表面；其次要求滴入的液體應具有產氣量也就是單位體積液體分解後的氣體體積大、碳勢高、雜質(硫等)少，不易形成碳黑等特點。滲碳階段的作用是滲入碳原子，並獲得一定的滲層。這一階段從開始經過四小時結束；在這期間爐溫保持920°C不變，爐內的壓力控制在150—200Pa。滲劑滴量的控制用二段法前段為強烈滲碳後段為擴散。這一階段採用大滴量，維持爐內的高碳勢(如1. 3 % -1. 5 %具體含量)，這時工件表面吸收大量的活性碳原子，形成高濃度梯度，以提高滲碳的速度，此時第一階段結束。從圖3可以看到，第二段從第四小時到30小時，採用小滴量，既強滲滴量的一半左右，爐溫保持850°C，用以適當的降低爐內的碳勢即碳的含量保持在0. 7-0. 8 %，使表面過剩的碳向內層擴散或向爐氣中逸散(脫碳)，達到獲得所要求的表面碳質量分數和滲碳層深度。第二段經過1小時結束，整個滲碳處理結束。在滲碳處理結束前一小時左右，從爐內取出試棒，檢查滲碳層深度，確定準確的滲碳時間。在達到所要求的滲碳深度後，開始進行鋼件的淬火階段。淬火階段，鋼件隨爐降溫至830°C -850°C，然後保持爐內均溫30—60min，使鋼件的內外溫度一致，最後進行淬火冷卻。在上述的降溫或均溫的過程中，始終應向爐內滴注適量的甲醇或煤油，防止發生氧化脫碳。爐溫緩慢的降溫，有利於滲層析出一部分碳化物，減少奧氏體中的碳質量分數，提高馬氏體的轉變溫度，從而達到減少滲碳層中的殘餘奧氏體， 並增加表面硬度的目的。淬火後，然後再進行低溫回火處理，回火處理的溫度範圍控制在 160 0C —200 "C。
權利要求
1.輸電線路杆塔鋼材的熱處理工藝，其特徵在於，包括以下步驟， 首先，將工件裝入化學熱處理工藝爐內在氣體介質中加熱，並進行氣體滲碳，滲碳處理的溫度範圍控制在900°c -950°C ；向滲碳爐內滴注液態碳氫或碳氫氧化物，經過加熱分解， 產生含CH4、C0、H2及少量C02、H20、02的氣體；滲碳階段從開始經過27-30小時；在這期間爐溫保持920°C不變，爐內的壓力控制在150— 200Pa ；滲劑滴量的控制用二段法前段為強烈滲碳後段，這一階段採用大滴量，維持爐內的高碳勢，含碳量為1. 3 % -1. 5 %，第二段從第四小時到30小時，採用強滲滴量的一半，爐溫保持850°C，用以適當的降低爐內的碳勢即碳的含量保持在0. 7-0. 8 %，使表面過剩的碳向內層擴散或向爐氣中逸散，第二段經過1小時結束，整個滲碳處理結束；淬火階段，鋼件隨爐降溫至830°C -850°C，然後保持爐內均溫30— 60min，使鋼件的內外溫度一致，最後進行淬火冷卻，在上述的降溫或均溫的過程中，始終應向爐內滴注適量的甲醇或煤油，防止發生氧化脫碳，淬火後，然後再進行低溫回火處理，回火處理的溫度範圍控制在 160 0C —200 0C ο
全文摘要
本發明輸電線路杆塔鋼材的熱處理工藝，將工件裝入化學熱處理工藝爐內在氣體介質中加熱，並進行氣體滲碳，滲劑滴量的控制用二段法，淬火後，然後再進行低溫回火處理，回火處理的溫度範圍控制在160℃--200℃。本發明使用成本較為低廉的低碳碳素結構鋼，通過化學熱處理工藝，該鋼材轉變成為表層為高碳鋼，心部為低碳鋼的一種複合材料。通過對應用於輸電線路杆塔結構材料角鋼，進行化學熱處理工藝，提高了鋼材自身的強度、自身的鋼度、自身的抗疲勞強度，自身的抗屈服強度、自身的抗腐蝕性、自身的高塑性及自身的高韌性。經過化學熱處理後的鋼材，強度高，抗屈服強度高、低的裂紋敏感性、耐蝕性好、韌性好，受力彎曲後，可自然復原。
文檔編號C21D1/18GK102383136SQ20111036420
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者葉茂, 杜中慶, 塗強, 王美英, 鍾庭劍, 閔尊南, 陳躍中, 黃文華 申請人:江西電力職業技術學院