CN101165195B - 一种细化船用曲轴用钢显微组织的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种细化船用曲轴用S34MnV钢显微组织的方法，其特征在于对曲轴进行如下热处理：以0.03℃/s以上升温速度使曲轴通过两相区，加热到高于材料的AC3温度10～30℃的温度；温度均匀后奥氏体化较短的时间1-2小时；然后再以0.03～0.07℃/S的速度进行冷却，从而获得极为细小均匀的珠光体铁素体组织。该方法可以用在许多工厂生产中挽救大型热处理件因热处理不当致使组织粗大而导致力学性能，尤其是冲击韧性不合的缺陷。
Description
技术领域：
本发明是一种利用钢在加热和冷却时的相变形核及长大的动力学规律而发明的可用于挽救生产中大型热处理船用曲轴组织粗大、韧性不足等缺陷的热处理方法。
技术背景：
在工业生产中往往要对大型的船用曲轴锻件进行热处理，如果热处理不当，例如奥氏体化温度过高、冷却速度偏快等，船用曲轴的力学性能就会不符合要求，从而严重地影响生产效率和经济效益。这时如何对材料的力学性能进行挽救就显得十分重要。由于大型船用曲轴热锻件的体积较大，往往在热处理时需要固溶十数小时，因而锻件内储存了大量的热量，所以在冷却的过程中即使使用喷雾等强冷却手段，锻件的冷却速度依然十分缓慢(＜0.1℃/S)，因而在热处理后均得到珠光体铁素体组织。另外，由于工厂的实际热处理过程中难以严格地对大型热锻件的热处理工艺参数进行准确的控制，所以往往会出现珠光体组织粗大、性能不合格的缺陷，厂家往往需要采取挽救的办法。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种细化船用曲轴用钢显微组织的方法，该方法简单易行，既提高材料强度又提高韧性，可以用于工厂生产中挽救曲轴组织粗大的缺陷。
本发明具体提供了一种细化船用曲轴用钢显微组织的方法，其特征在于对曲轴进行如下热处理：
以较快的升温速度(结合工厂对大型锻件的实际热处理条件，该速度应该为其全速升温的能力，不能低于0.03℃/S)，让曲轴迅速通过两相区到高于材料的AC3温度10～30℃的温度奥氏体化后；温度均匀后奥氏体化较短的时间1-2小时；然后再以0.03～0.07℃/S的速度进行冷却，从而获得极为细小均匀的珠光体铁素体组织。
本发明细化船用曲轴用钢显微组织的方法中，具体到工业生产中的大型热锻件，考虑到锻件尺寸较大，温度均匀化困难，还应采取阶段性升温的办法，即先行将材料加热到AC1以下10～30℃温度保温，温度均匀化后再快速加热到选的的奥氏体化温度，这样可以减小锻件内外温升的差异，如图1中所示，使得在大型的热锻件的实际热处理过程中平均升温速度大约在0.05℃/S以上。
本发明利用钢在加热和冷却时的相变形核及长大的动力学规律和未溶微合金碳氮化物阻止奥氏体晶粒的长大的机理，在升温奥氏体相变区快速加热以增加奥氏体形核驱动力，增大奥氏体形核率，获得尽量细小的奥氏体晶粒，并利用未溶微合金碳氮化物阻止奥氏体晶粒的长大，获得尽可能多的奥氏体晶界以保证在冷却阶段有尽量多的形核点，从而在随后的缓冷阶段获得晶粒更加细小的铁素体珠光体组织。有一点要注意的是在二次奥氏体化的过程中，必须保证钢中微合金碳氮化物不发生大量溶解。
与常规固溶热处理的不同之处在于：(1)本发明中奥氏体化区升温速度快；(2)本发明中奥氏体化温度较低，高于材料的AC3温度10～30℃的温度；(3)本发明中保温时间短，试样只需烧透，而不需要进行合金元素 均匀化；(4)本发明中Nb、V、Al、W、Mo等阻止奥氏体晶粒的长大的合金元素不进行充分溶解，而保持未溶状态。
本发明方法使原本粗大的珠光体团和网状分布的铁素体的混合组织在二次低温奥氏体化正火后转变为晶粒尺寸细小、均匀的珠光体铁素体组织，因此，可以用在许多工厂生产中挽救因热处理不当致使组织粗大而导致力学性能，尤其是冲击韧性不合的缺陷。本发明方法也给其它合金钢通过二次低温正火来细化组织改善性能提供了参考和借鉴。
附图说明：
图1为大型热锻件的二次正火工艺示意图；
图2为实施例2热处理前材料的组织照片；
图3为实施例2热处理后材料的组织照片；
图4为实施例2高倍数下热处理后材料的组织照片。
图5为实施例3热处理前材料的组织照片；
图6为实施例3热处理后材料的组织照片；
具体实施方式：
目前，S34MnV钢是国际上常用的船用曲轴钢，该钢种中主要的化学成分如表1，热处理后的力学性能要求如表2所示。
表1MAN B&W专利公司的S34MnV成分(wt％)
表2 S34MnV钢经890±10℃正火600℃回火处理后的力学性能
实施例1
第一个大型曲轴热锻件的化学成分及由Formastor-F相变仪测定材料的AC1和AC3相变温度见表3所示。
表3 实验材料的化学成分(wt％，℃)
大型曲轴热锻件经900℃固溶+600℃回火热处理后，具有粗大的珠光体团和网状分布的铁素体的混合组织，如图2所示。该组织中由于珠光体所占比例较大，铁素体量较小且呈网状分布于珠光体边界，所以材料强度很高，但韧性不足，其力学性能见表4，其强度高出要求很多，但延伸率和韧性则明显不合要求。分析其原因可能是热处理奥氏体化温度控制不准确，致使奥氏体晶粒粗大，在冷却时冷速偏快产生了伪共析而形成粗大的珠光体团及沿其边界分布网状铁素体的混合组织。
为了挽救其性能，对曲轴进行了850℃二次正火并600℃回火热处理后，材料的组织及晶粒度如图3、4所示，热处理后的力学性能见表4。二次模拟正火后，材料的晶粒度强烈细化，粗大的珠光体团和网状分布的铁素体的混合组织消失，转变为晶粒尺寸细小的珠光体铁素体组织，其中珠光体铁素体组织均匀分布，因此其力学性能得到了明显的改善，冲击韧性得到大幅度的提高，而强度虽然因珠光体比例的减小而有所下降，但可以得到细晶强化的弥补，所以强度仍满足要求。
表4 一号曲轴热处理前的力学性能
实施例2
第二个大型曲轴热锻件的化学成分及由Formastor-F相变仪测定材料的AC1和AC3相变温度见表5所示。
表5 实验材料的化学成分(wt％，℃)
基于同样的热处理原因，曲轴的组织为粗大的珠光体团和网状分布的铁素体的混合组织，如图5所示。其强度高，但韧性不足，其力学性能见表6，其强度高出要求很多，但延伸率和韧性则明显不合要求。
曲轴在热处理炉中经850℃二次正火并600℃回火后，材料的组织及晶粒度如图6所示，热处理后的力学性能见表6。
表6 二号曲轴热处理前后的力学性能
以上应用实验结果说明本发明可以很好地用于工厂生产船用曲轴中挽救因热处理不当而导致组织晶粒粗大性能不合的问题，具有较大的经济价值，同时也给其它钢中解决类似问题提供了参考和借鉴。
Claims (2)
1.一种细化船用曲轴用钢显微组织的方法，其特征在于对曲轴进行如下热处理：
步骤a：以≥0.03℃/s的升温速度使曲轴通过两相区，加热到高于材料的AC3温度10～30℃的温度；
步骤b：温度均匀后奥氏体化1-2小时；
步骤c：然后再以0.03～0.07℃/S的速度进行冷却，从而获得极为细小均匀的珠光体铁素体组织。
2.按照权利要求1所述细化船用曲轴用钢显微组织的方法，其特征在于：在步骤a之前先行将材料加热到AC1以下10～30℃温度保温，温度均匀化后再进行步骤a。
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