[发明专利]中空管状热处理物的急速水冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空管状热处理物的急速水冷装置，尤其涉及一种能够 对中空管状大型锻造品的内外周面喷射冷却水急速冷却以进行正火处理的 中空管状热处理物的急速水冷装置。

背景技术

热处理方法主要包括退火(annealing)、正火(normalizing)、淬火 (quenching)及回火(tempering)。退火可以消除铸造或锻造后的偏析及残 应力等并使组织均匀化或软化，正火可以使结晶粒细微化而提高机械性质或 切削性，淬火可以形成硬化，回火可以提高强度和韧性。

其中，正火可以细化结晶粒而增加强度，可以在为了淬火或退火而重新 加热时形成均匀的奥氏体状态，消除铸造品或锻造品里的偏析而形成均匀的 组织，正火处理时通常加热到奥氏体范围(比A3或Acm高出30～50℃左 右的温度)后在空气中缓慢冷却或通过送风方式冷却。

用于风力塔的凸缘等用途的中空管状大型环(ring)产品需要经过锻造 处理，通常先把板材(slab)或钢锭(ingot)按照产品的尺寸切断并加热后， 利用冲压机进行第一次锻造后制成粗锻品(rough shaping)。然后对粗锻品重 新加热后进行第二次锻造以形成其尺寸与形状，进而进行正火、淬火及回火 等热处理以使其组织均匀化而得到所需要的机械特性。

但上述大型环状锻造品在正火热处理后进行冷却时，因为采取了在空气 中冷却的空冷方式而出现若干问题。

图1是现有正火热处理时的冷却状态的连续冷却转变图。

如图所示，温度将随着时间而缓慢地下降，从奥氏体(austenite)到铁 素体(ferrite)及珠光体(pearlite)等二次组织的转变需要在非常高的温度 (800℃以上)下进行，因此组织的结晶粒子会变大。这样就会使正火完毕 的产品的拉伸强度或低温冲击特性等机械性质受到影响。

为了解决上述问题，可以利用送风装置进行一定程度的急速冷却后在较 低温度进行铁素体及珠光体的转变，但上述方法仅适用于零件、钢板及工具 之类的小型锻造品，大型环锻造品由于直径通常大于5m～6m而且厚度较厚， 单位质量的表面积则比板材相对较小，因此很难通过送风装置实现急速冷 却。其表面虽然可以急速冷却，但其中心部却会缓慢冷却，因此很难使表面 与内部同时冷却到低温并且在低温下进行转变。

针对上述问题，现有的冷却装置虽然可以对其表面喷水而使其急速冷 却，但使用上述装置时仅能使表面急速冷却而在表面上形成马氏体 (martensite)组织，这反而会影响到所需要的机械特性，而且很难精确地控 制喷水量、喷射时间及冷却速度。

而且，由于喷射出来的水不能到达中空管状产品的内周面而降低了冷却 效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种中空管状热处理物的急速 水冷装置，在中空管状大型锻造品的内外周面喷水而实现急速冷却，从而提 高冷却效率。

本发明的另一个目的是提供一种中空管状热处理物的急速水冷装置，根 据正火热处理物的表面温度而控制冷却水的喷射量及喷射时间，从而能够在 低温下进行铁素体及珠光体的转变以使得二次组织的结晶粒子微细化。

为了实现上述目的，本发明的中空管状热处理物的急速水冷装置用于冷 却经过热处理的中空管状热处理物，该中空管状热处理物的急速水冷装置包 括：冷却水供应单元，该冷却水供应单元用于供应冷却水；喷射单元，该喷 射单元将上述冷却水供应单元所供应的冷却水喷射到所述热处理物的内外 周面；升降机构，该升降机构为了使上述喷射单元的内部容纳热处理物，而 驱使上述喷射单元在热处理物上侧进行升降运动；以及控制单元，该控制单 元用于控制上述喷射单元喷射的冷却水的喷射量及喷射时间。

优选地，上述喷射单元包括：外部喷射体，该外部喷射体围绕热处理物 的外侧，并且向热处理物的外周面喷射冷却水；内部喷射体，该内部喷射体 设置于热处理物的内部，并且向热处理物的内周面喷射冷却水；以及连接体， 该连接体将上述外部喷射体与内部喷射体互相连接。

优选地，上述外部喷射体与内部喷射体包括：多个水平喷射管，该多个 水平喷射管为允许冷却水流动的多环形管，并沿着上下方向配置；多个垂直 喷射管，该多个垂直喷射管分别垂直于上述水平喷射管并与上述水平喷射管 结合；以及喷嘴，该喷嘴位于上述水平喷射管与垂直喷射管上以喷射冷却水。