一种二次硬化型钢的锻件热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种二次硬化型钢的锻件热处理方法，依次包括如下步骤：步骤1)：淬火炉提前加热到淬火温度，锻件成材后红转进淬火炉，待炉温升温至淬火温度1000～1030℃后进行淬火保温，保温时间为2h～2.5h；步骤2)：对淬火保温处理后的锻件进行淬火冷却，淬火冷却的方式为空冷后沙冷；锻件出炉空冷至锻件表面温度为250～300℃，再进行沙冷至锻件表面温度低于100℃；步骤3)：对淬火处理后的锻件进行两次退火处理，其中每次退火处理的冷却方式为炉冷后空冷。本发明专利技术生产的二次硬化型钢的锻件满足GB/T2101表面质量要求，表面车光后肉眼可见无裂纹；且满足超声探伤GB/T2162A级验收要求。且满足超声探伤GB/T2162A级验收要求。且满足超声探伤GB/T2162A级验收要求。

【技术实现步骤摘要】
一种二次硬化型钢的锻件热处理方法


[0001]本专利技术属于热处理工艺领域，涉及一种二次硬化型钢的锻件热处理方法，具体涉及一种二次硬化型超高强度钢的大规格锻件热处理方法。

技术介绍

[0002]随着大国重器、高端制造的发展需求提升，高端结构件对钢铁材料的性能要求越来越苛刻，二次硬化型超高强度钢，围绕着追求最大的机械强度、高断裂韧性，且具备优异的抗应力腐蚀能力的主题逐步发展。二次硬化型超高强度钢不仅具有马氏体时效钢同等的屈服和抗拉强度，同时其断裂韧性和抗应力腐蚀能力也具有显著优势。
[0003]然而，二次硬化型超高强度钢，具有由奥氏体向马氏体转变而产生的组织应力，而对于大规格锻件(直径D≥400mm)在冷却过程中还存在内外温差产生的热应力。其锻件在组织应力和/或热应力的作用下，容易锻后开裂，该问题一直未能有效解决。
[0004]生产中，控制组织转变，降低热应力，能有效降低锻件开裂的风险，反之严重时可能导致锻件报废。
[0005]因此，需要提供一种有效的二次硬化型钢的锻件热处理方法，以便控制二次硬化型钢的锻件在冷却过程中的组织转变，降低热应力，进而有效地降低锻件开裂的风险。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种二次硬化型钢的锻件热处理方法，通过对材料特性及组织转变机理进行分析，设计出一种有效的热处理工艺，解决工业生产中大规格锻件组织转变控制和锻后开裂问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种二次硬化型钢的锻件热处理方法，依次包括如下步骤：
[0009]步骤1)、锻后红转加热：淬火炉提前加热到淬火温度，锻件成材后红转进淬火炉，待炉温再次升温至所述淬火温度后进行淬火保温；
[0010]步骤2)、两段式淬火冷却：对淬火保温处理后的锻件进行淬火冷却，淬火冷却的方式为空冷后沙冷；
[0011]步骤3)、两次退火处理：对淬火冷却后的锻件进行两次退火处理，其中每次退火处理的冷却方式为炉冷后空冷。
[0012]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤1)中，淬火温度为1000～1030℃(例如，1005℃、1010℃、1015℃、 1020℃、1025℃)，保温时间为2h～2.5h(例如，2.1h、2.2h、2.3h、2.4h)。
[0013]一般地，二次硬化钢在高温奥氏体化后向低温冷却中，发生组织转变产生马氏体和残余奥氏体，其中在室温下残余奥氏体会慢慢转变为马氏体，由于不同组织的晶体结构发生变化，组织应力随之产生。组织应力是锻件在后期产生裂纹的重要源头。同时，锻件在冷却过程中，由于内外冷速差异(径向)，存在径向的温度差，材料热涨存在差异，导致径向
不同部位产生应力，即热应力。
[0014]本专利技术锻后红转进淬火炉，是指锻件锻造成材下线后，锻件温度在终锻温度以上(通常低于1000℃)时就直接放入淬火炉中，目的在于：1)降低二次硬化型钢的热应力的影响；2)控制锻后冷却过程中奥氏体转变，而减少残余奥氏体量。由于残余奥氏体是锻件后期开裂的重要源头，因而，通过锻后红转加热，可以降低锻件后期开裂的几率。
[0015]本专利技术中，对二次硬化钢的淬火处理考虑了二次硬化钢的组织遗传问题和奥氏体化温度要求，这里，淬火加热及保温工艺避免了二次硬化钢的组织遗传和奥氏体晶粒过大等问题，为获得最佳的材料性能建立基础。淬火温度过高容易导致锻件奥氏体化晶粒粗大，反之奥氏体化不充分，易导致锻件性能不合格。
[0016]同时，本专利技术在保证组织得到有效转变的基础上，通过控制锻件冷速，降低内外温差，以达到控制热应力的目的。
[0017]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤2)中，待步骤1)中淬火保温结束后，锻件出炉空冷，即进行第一阶段冷却，空冷至锻件表面温度为250～300℃(例如，260℃、270℃、280℃、290℃)，再进行沙冷，即，第二阶段冷却；然后沙冷至锻件表面温度低于100℃时结束淬火。
[0018]本专利技术通过“空冷+沙冷”的两段式淬火冷却，控制二次硬化钢的组织转变。其中，淬火后空冷是为了满足马氏体转变的动力学条件，达到马氏体转变的冷速要求；即，空冷保证了奥氏体有效转变为马氏体。但空冷时，二次硬化钢内部会存在少量奥氏体未发生转变，称为残余奥氏体。在室温时，残余奥氏体为亚稳态，是锻件开裂的重要裂纹源。
[0019]因而，本专利技术控制空冷至锻件表面温度为300℃时进行沙冷；在沙冷过程中，利用二次硬化钢锻件的自身热量，对锻件进行自回火处理，不仅可以节约工业能耗损失，还能够进一步促使亚稳态的残余奥氏体转变为稳态的马氏体组织，这可有效避免锻件在服役过程中开裂问题。因而，本专利技术采用沙冷将残余奥氏体充分转变，避免残余奥氏体在室温使用过程中发生组织转变，从而产生应力最终导致锻件开裂。
[0020]但是，单独的空冷容易导致转变不充分后期开裂；单独的沙冷因冷却速度较低，马氏体转变不充分。
[0021]因此，本专利技术充分利用了空冷和沙冷两种冷却方式的优点，再结合二次硬化钢的转变曲线设计冷却工艺，可控制马氏体转变充分，也可最大限度地控制锻件裂纹源的产生。
[0022]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤2)中，沙冷时，将锻件在沙坑填埋，沙子覆盖厚度(即砂层厚度)达 100mm以上(例如，100mm、50mm、200mm、250mm、300mm)。砂层厚度决定了残余奥氏体的转变效果。
[0023]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤3)中，第一次退火处理的保温温度为620～650℃；优选地，第一次退火处理按80～120℃/h(例如，90℃/h、100℃/h、110℃/h)的加热速率升温至 620～650℃(例如，625℃、630℃、635℃、640℃、645℃)，保温20～30h (例如，22h、24h、25h、27h、28h、29h)；进一步优选地，所述加热速率为100℃/h。
[0024]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤3)中，第一次退火处理的冷却方式为：锻件随炉冷却至200℃以下(例如，90℃、100℃、150℃、160℃、180℃、200℃)，然后出炉空冷至室温。本专利技术中，退火温度过高，组织开始奥氏体化，温
度过低，去应力不彻底，易导致锻后开裂。因而，采用620～650℃的退火温度进行去应力退火，去除锻后残余应力，降低锻件的开裂风险。
[0025]本专利技术采用两次退火能够有效地降低材料的应力，减少裂纹倾向，使材料组织均匀化并消除组织缺陷。其中，采用随炉冷却能够保证锻件的应力均匀，避免锻件发生开裂。
[0026]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述步骤3)中，第二次退火处理采用与第一次退火处理相同的方法。
[0027]上述二次硬化型钢的锻件热处理方法中，作为一种优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次硬化型钢的锻件热处理方法，其特征在于，所述热处理方法依次包括如下步骤：步骤1)、锻后红转加热：淬火炉提前加热到淬火温度，锻件成材后红转进淬火炉，待炉温再次升温至所述淬火温度后进行淬火保温；步骤2)、两段式淬火冷却：对淬火保温处理后的锻件进行淬火冷却，淬火冷却的方式为空冷后沙冷；步骤3)、两次退火处理：对淬火处理后的锻件进行两次退火处理，其中每次退火处理的冷却方式为炉冷后空冷。2.根据权利要求1所述的二次硬化型钢的锻件热处理方法，其特征在于，所述步骤1)中，淬火温度为1000～1030℃，保温时间为2h～2.5h。3.根据权利要求1所述的二次硬化型钢的锻件热处理方法，其特征在于，所述步骤2)中，待步骤1)中淬火保温结束后，锻件出炉空冷，空冷至锻件表面温度为250～300℃，再进行沙冷，然后沙冷至锻件表面温度低于100℃时结束淬火。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的二次硬化型钢的锻件热处理方法中，其特征在于，所述步骤2)中，沙冷时，将锻件在沙坑填埋，沙子覆盖厚度达100mm以上；优选为100～200mm。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的二次硬化型钢的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，贾余超，程志伟，苏超，柯其棠，
申请(专利权)人：大冶特殊钢有限公司，
类型：发明
国别省市：