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【摘(zhai)要】鋼(gang)鐵(tie)熱處理是通(tong)過一定的(de)加熱、保溫和冷(leng)卻等工藝改變固態(tai)鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料組織和性能的(de)一種工藝。

1 在線熱處理技術

鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)熱(re)(re)(re)處理(li)是通過一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)熱(re)(re)(re)、保溫(wen)和冷卻等工(gong)藝改(gai)變固態鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)材(cai)(cai)料(liao)組(zu)織(zhi)和性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種工(gong)藝。與其他(ta)加(jia)工(gong)工(gong)藝相比，熱(re)(re)(re)處理(li)一(yi)般不(bu)改(gai)變工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀和整(zheng)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學成(cheng)分(fen)，而是通過改(gai)變工(gong)件(jian)(jian)內(nei)部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顯微組(zu)織(zhi)，或改(gai)變工(gong)件(jian)(jian)表面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學成(cheng)分(fen)，賦予或改(gai)善(shan)工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用性能(neng)。其特點是改(gai)善(shan)工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)在(zai)質(zhi)量(liang)。熱(re)(re)(re)處理(li)對(dui)于鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)材(cai)(cai)料(liao)特別重要。這是因(yin)為鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)材(cai)(cai)料(liao)在(zai)加(jia)熱(re)(re)(re)和冷卻過程中會發生非(fei)常復雜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相變，如(ru)果能(neng)夠控(kong)(kong)制熱(re)(re)(re)處理(li)過程中加(jia)熱(re)(re)(re)、保溫(wen)、冷卻過程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)參數，就可(ke)以在(zai)很大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度上控(kong)(kong)制鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相變，從而在(zai)很大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范圍內(nei)改(gai)變鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)，賦予其不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)。熱(re)(re)(re)處理(li)是人們駕馭鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)材(cai)(cai)料(liao)、調(diao)控(kong)(kong)鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)材(cai)(cai)料(liao)組(zu)織(zhi)、挖(wa)掘鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)材(cai)(cai)料(liao)潛力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極為重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)手(shou)段。

基本的(de)(de)(de)(de)鋼鐵(tie)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)有退火(huo)(huo)(huo)(huo)、正(zheng)火(huo)(huo)(huo)(huo)、淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)、回火(huo)(huo)(huo)(huo)。退火(huo)(huo)(huo)(huo)是(shi)將(jiang)鋼加熱(re)到(dao)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)或(huo)部(bu)分相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)一(yi)段(duan)時(shi)(shi)間，然(ran)后緩(huan)慢(man)冷(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。正(zheng)火(huo)(huo)(huo)(huo)是(shi)將(jiang)鋼加熱(re)到(dao)完(wan)全相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)某一(yi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間后，在空氣中冷(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)是(shi)將(jiang)鋼加熱(re)到(dao)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)或(huo)部(bu)分相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)一(yi)段(duan)時(shi)(shi)間后，快速冷(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。回火(huo)(huo)(huo)(huo)是(shi)將(jiang)經過淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)的(de)(de)(de)(de)鋼，重新(xin)加熱(re)到(dao)一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)（相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)以(yi)(yi)下），保(bao)溫(wen)(wen)(wen)一(yi)段(duan)時(shi)(shi)間，然(ran)后冷(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。上(shang)述幾(ji)種(zhong)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)組(zu)合還可以(yi)(yi)得到(dao)復合的(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，例如將(jiang)鋼件(jian)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)(huo)，隨(sui)之進行高溫(wen)(wen)(wen)回火(huo)(huo)(huo)(huo)，這種(zhong)復合工(gong)(gong)藝(yi)(yi)稱(cheng)調質處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)。

上述熱處理方法都是軋制成形完成之后進行的，也可以說是“離線”（離開鋼材加工線）進行的。由于鋼材的成形過程通常要加熱到奧氏體區，如果在適宜的溫度終止熱加工過程，并進行隨后的保溫、冷卻、回火等過程，則這種將變形與熱處理結合在一起的過程通常稱為形變熱處理，英語簡稱為TMCP（Thermo Mechanical Controlled Processing）。由于(yu)這種熱處(chu)理(li)是在鋼材(cai)加工線(xian)(xian)上進(jin)行的(de)，所(suo)以也可稱(cheng)為“在線(xian)(xian)”熱處(chu)理(li)。形變(bian)(bian)(bian)熱處(chu)理(li)是形變(bian)(bian)(bian)強化(hua)和相(xiang)變(bian)(bian)(bian)強化(hua)相(xiang)結合(he)(he)的(de)一(yi)種綜合(he)(he)強化(hua)工藝。它包(bao)括(kuo)金屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)的(de)塑性(xing)變(bian)(bian)(bian)形和固態相(xiang)變(bian)(bian)(bian)兩(liang)種過程，并將兩(liang)者有機地結合(he)(he)起(qi)來，利用(yong)金屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)在形變(bian)(bian)(bian)過程中組織(zhi)結構的(de)改變(bian)(bian)(bian)，影響相(xiang)變(bian)(bian)(bian)過程和相(xiang)變(bian)(bian)(bian)產物，以得到所(suo)期(qi)望的(de)組織(zhi)與性(xing)能(neng)。形變(bian)(bian)(bian)（在線(xian)(xian)）熱處(chu)理(li)將金屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)的(de)成形與獲得材(cai)料(liao)(liao)的(de)最終性(xing)能(neng)結合(he)(he)在一(yi)起(qi)，簡化(hua)了生產過程，減少(shao)能(neng)源消耗及設備投資。與普通熱處(chu)理(li)比較，形變(bian)(bian)(bian)熱處(chu)理(li)后金屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)能(neng)達到更好的(de)強度(du)與韌性(xing)相(xiang)配合(he)(he)的(de)力學性(xing)能(neng)。

對于鋼鐵材料(liao)軋制過(guo)(guo)程(cheng)，很長一段時(shi)間這(zhe)種形(xing)變熱(re)處理(li)過(guo)(guo)程(cheng)只是限于軋制和冷(leng)(leng)卻(que)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)控制，基本未涉及在線(xian)回(hui)火等升溫過(guo)(guo)程(cheng)，故稱為“控軋控冷(leng)(leng)”。有時(shi)候(hou)“控軋控冷(leng)(leng)”也被稱為“TMCP”。要注意的(de)是，TMCP實際上意義更為廣(guang)泛，除了冷(leng)(leng)卻(que)之(zhi)外(wai)，它還包含(han)回(hui)火等升溫過(guo)(guo)程(cheng)。

2 在(zai)線(xian)熱處理技術在(zai)鋼鐵(tie)領(ling)域(yu)發展(zhan)歷程

熱(re)處理工藝伴隨(sui)鋼(gang)鐵材料的發(fa)展而發(fa)展。普通的離(li)線熱(re)處理已(yi)經有(you)上千(qian)年的歷史(shi)了。而形變熱(re)處理則(ze)是在上一世紀得到(dao)了迅速的發(fa)展。控(kong)制軋制和控(kong)制冷卻技術就是一個有(you)代表性的例子。

在第(di)二次世界大戰(zhan)之前，只是(shi)(shi)(shi)進(jin)行了(le)(le)(le)一些(xie)低溫(wen)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)零(ling)星的(de)(de)研究(jiu)。二次大戰(zhan)中焊(han)接(jie)結構船只發(fa)生脆斷(duan)事故，人(ren)(ren)們開(kai)(kai)始進(jin)行提(ti)高材(cai)料低溫(wen)韌性(xing)(xing)的(de)(de)研究(jiu)。當時研究(jiu)的(de)(de)主要目標是(shi)(shi)(shi)利用(yong)(yong)(yong)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)代(dai)替正火，通過晶粒細化提(ti)高材(cai)料的(de)(de)低溫(wen)韌性(xing)(xing)。到(dao)上(shang)(shang)一世紀(ji)60年(nian)(nian)代(dai)，控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)技術(shu)(shu)發(fa)展(zhan)的(de)(de)驅動力來(lai)自能源工業的(de)(de)發(fa)展(zhan)，主要是(shi)(shi)(shi)管(guan)線鋼(gang)(gang)的(de)(de)需(xu)求。以Nb的(de)(de)微合(he)(he)金化為重點，采用(yong)(yong)(yong)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)技術(shu)(shu)，得(de)到(dao)了(le)(le)(le)性(xing)(xing)能優(you)良的(de)(de)管(guan)線用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)(gang)。至上(shang)(shang)一世紀(ji)70年(nian)(nian)代(dai)，人(ren)(ren)們逐漸認識(shi)到(dao)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻技術(shu)(shu)對(dui)提(ti)高材(cai)料性(xing)(xing)能的(de)(de)重要意義，各個大公司分別開(kai)(kai)發(fa)了(le)(le)(le)各種(zhong)類型的(de)(de)加速冷(leng)(leng)卻系統。控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻從(cong)理論到(dao)實(shi)踐取得(de)了(le)(le)(le)長足的(de)(de)進(jin)步，人(ren)(ren)們開(kai)(kai)始了(le)(le)(le)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻的(de)(de)新紀(ji)元。在此階段(duan)，采用(yong)(yong)(yong)一定的(de)(de)合(he)(he)金設計(ji)和相應的(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻，可以實(shi)現相變強化，借此開(kai)(kai)發(fa)了(le)(le)(le)低碳貝氏(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)、針狀(zhuang)鐵(tie)素體(ti)鋼(gang)(gang)、超低碳貝氏(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)等(deng)。以后(hou)，隨(sui)(sui)著汽(qi)車輕量化的(de)(de)需(xu)求日(ri)益(yi)迫(po)切，熱軋(ya)(ya)(ya)汽(qi)車用(yong)(yong)(yong)雙相鋼(gang)(gang)、TRIP鋼(gang)(gang)等(deng)相變強化鋼(gang)(gang)受到(dao)人(ren)(ren)們的(de)(de)重視，人(ren)(ren)們采用(yong)(yong)(yong)合(he)(he)理的(de)(de)熱軋(ya)(ya)(ya)后(hou)冷(leng)(leng)卻路徑控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)實(shi)現鋼(gang)(gang)材(cai)的(de)(de)性(xing)(xing)能控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻又取得(de)新的(de)(de)進(jin)展(zhan)。到(dao)上(shang)(shang)一世紀(ji)80年(nian)(nian)代(dai)，日(ri)本(ben)等(deng)鋼(gang)(gang)廠開(kai)(kai)發(fa)了(le)(le)(le)在線淬(cui)火設備(bei)，直(zhi)接(jie)淬(cui)火技術(shu)(shu)逐漸應用(yong)(yong)(yong)于(yu)實(shi)際(ji)。隨(sui)(sui)著冷(leng)(leng)卻技術(shu)(shu)的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)，國(guo)際(ji)上(shang)(shang)開(kai)(kai)發(fa)了(le)(le)(le)一批控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)卻實(shi)用(yong)(yong)(yong)裝置，例如(ru)日(ri)本(ben)的(de)(de)OLAC（日(ri)本(ben)鋼(gang)(gang)管(guan)）、CLC（新日(ri)鐵(tie)），DAC（住友）等(deng)和歐(ou)洲的(de)(de)水(shui)(shui)枕式(shi)、水(shui)(shui)刀(dao)式(shi)冷(leng)(leng)卻等(deng)，1985年(nian)(nian)召開(kai)(kai)的(de)(de)國(guo)際(ji)會議“ACCELERATED COOLING OF STEELS”對(dui)此進(jin)行了(le)(le)(le)總結。

至世(shi)紀之交(jiao)，在線(xian)(xian)(xian)熱處(chu)(chu)理(li)又出(chu)現(xian)了(le)兩(liang)(liang)個新(xin)的變(bian)化。其一是以UFC、Super-OLAC等(deng)為(wei)代表的超快速冷卻裝置出(chu)現(xian)，為(wei)在線(xian)(xian)(xian)熱處(chu)(chu)理(li)的冷卻過(guo)(guo)程(cheng)提供了(le)新(xin)的手段。采(cai)用超快冷的新(xin)的控制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和控制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷卻技術與前(qian)面所說的傳統的控制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軋(ya)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)控制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)冷卻在細晶、析(xi)出(chu)、相(xiang)變(bian)等(deng)過(guo)(guo)程(cheng)的控制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)上，采(cai)用了(le)不同的思路，因而有可能賦予(yu)材料更為(wei)優良的性(xing)能。其二是出(chu)現(xian)在線(xian)(xian)(xian)回火等(deng)升溫過(guo)(guo)程(cheng)，“離線(xian)(xian)(xian)”的熱處(chu)(chu)理(li)過(guo)(guo)程(cheng)進(jin)一步“在線(xian)(xian)(xian)化”，TMCP技術又有了(le)新(xin)的發(fa)展。這兩(liang)(liang)項新(xin)的變(bian)化，都為(wei)在線(xian)(xian)(xian)熱處(chu)(chu)理(li)提供了(le)重(zhong)要的調整手段，這必然會促進(jin)在線(xian)(xian)(xian)熱處(chu)(chu)理(li)的柔(rou)性(xing)化。