CN101418368A - 低合金高速钢混晶消除热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低合金高速钢混晶消除热处理工艺，包括退火工序和淬火工序：1)退火：将低合金高速钢坯料以300℃/小时加热至890～910℃；当坯料温度大于600℃时，退火冷却速率为25～30℃/小时；当坯料温度小于等于600℃时，随炉冷却；2)淬火：经退火工序处理的钢坯预加热至800～850℃，升温时间5～15分钟；继续升温加热至1170～1190℃，保温时间为2～6分钟；采用分级淬火冷却。本发明提高了退火升温速度和退火加热温度，使退火组织更接近平衡组织，有效避免了在随后易产生混晶的温度区间内淬火奥氏体晶粒的不均匀长大，提高了低合金高速钢的淬火温度，达到提高高速钢红硬性的同时获得高韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金高速钢的热处理工艺，该热处理工艺是针对消除低合金高速钢热处理过程中产生混晶组织缺陷而实施的。
背景技术
混晶是高速钢生产中常出现的一种缺陷组织。本质上是由于经过轧制变形的高速钢，组织中存在大量细小的碳化物，在淬火温度不高时，细小的碳化物对晶界有很好的钉扎作用，在淬火温度升高时，细小的碳化物大量溶解，减弱或丧失了对晶界的钉扎作用，导致产生混晶直至晶粒粗化。对混晶产生的机理，至今有两种学说，一种认为它是奥氏体再结晶的产物，另一种认为它是特定的碳化物变化过程中晶粒生长的一种特殊现象。混晶对硬度影响不大，但使高速钢的韧性显著降低，使其易发生穿晶解理断裂，断口因晶粒取向不同而呈现亮、暗相间鱼鳞似的组织，称“萘状断口”。
目前，对高速钢坯料的退火主要是加热到AC1线以上进行保温，然后采用不同的冷却方式进行冷却。《热处理技术数据手册》(机械工业出版社，2006)第2版第十六章介绍了高速钢的热处理规范。对不同种类的高速钢，其退火温度一般为840-890℃，淬火温度为1230-1300℃。低合金高速钢开发较晚，目前对不同低合金高速钢钢种的热处理工艺还没有形成具体规范。低合金高速钢由于合金含量仅为通用型高速钢的50-70％，形成的一次碳化物较少，碳化物对晶界的钉扎作用减弱，在淬火过程中奥氏体晶粒更容易长大。因此，低合金高速钢在热处理过程中，更容易出现混晶组织缺陷，从而导致其性能降低，业界一直在寻求消除低合金高速钢热处理过程中的工艺方法。
高速钢中的碳化物主要有MC、M6C和M23C6三种。有研究表明，高速钢的淬火晶粒主要受M6C碳化物的影响。这是因为M23C6虽然数量较多，但未到淬火温度就充分溶解，因而不能起阻碍淬火晶粒度长大的作用；MC虽然不易溶解，但由于数量较少，淬火时不能起有效钉扎晶界的作用；只有M6C不仅稳定，而且数量多，间距小，钉扎作用明显。而且在退火组织中，随着退火温度的升高，M6C明显长大，MC几乎不变。低合金高速钢本身一次碳化物就比通用型高速钢少，采用较低的淬火温度虽然可以一定程度避免混晶的产生，但是会导致溶解的碳化物数量太少，回火后得到的组织二次硬度和红硬性均显著偏低。提高淬火温度可以避免硬度下降，但是容易导致混晶和粗晶。因此能否解决混晶问题是低合金高速钢热处理的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效解决低合金高速钢热处理过程混晶组织缺陷的低合金高速钢混晶消除热处理工艺。
为了解决上述技术问题，本发明的低合金高速钢混晶消除热处理工艺，包括退火工序和淬火工序，该退火工序和淬火工序采用如下步骤：
1)退火
a)将低合金高速钢坯料放入热处理炉中，加热至890～910℃，加热升温速率300℃/小时，保温时间为1～5小时；
b)将低合金高速钢坯料进行退火冷却，当坯料温度大于600℃时，退火冷却速率为25～30℃/小时；
c)当坯料温度小于等于600℃时，随炉冷却；
d)退火工序总时间为15～24小时；
2)淬火
a)将经退火工序处理的低合金高速钢坯预加热至800～850℃，预加热升温时间5～15分钟；
b)对预加热坯料进行继续升温加热至1170～1190℃，保温时间为2～6分钟；
c)采用分级淬火冷却，先将坯料浸入低温溶盐中冷却，停留时间为5～10分钟；
d)取出坯料在空气中冷却。
本发明的一种优选实施方式，所述的低合金高速钢混晶消除热处理工艺，退火保温时间为2.5～3.5小时。低合金高速钢坯料经退火和淬火工序后，再经回火处理，回火温度为520～560℃。
低合金高速钢坯料合金元素含量为：0.8-1.2Wt％C，1.0-3.0Wt％Si，3.5-5.0Wt％Cr，1.0-3.0Wt％Mo，2.5-4.5Wt％W，0.8-1.6Wt％V，0.1-0.5Wt％Mn，0.05-0.15Wt％RE，杂质元素P和S含量分别小于0.03Wt％，其余为Fe。
本发明提高了传统低合金高速钢坯料的退火加热速度和加热温度并控制了600℃以上的冷却速率，减少退火时间，使退火组织更接近平衡组织，又不会造成严重的氧化和脱碳，提高了传统低合金高速钢的淬火温度，在达到提高高速钢红硬性的同时获得高速钢的高韧性。与已有的热处理工艺相比，具有如下优点：1、采用本热处理技术得到的低合金高速钢材料晶粒均匀(9.5-10.5级)，无混晶，韧性较高；2、退火总时间缩短为24h以内，相比传统的工艺提高了生产效率；3、采用本热处理技术在淬火时溶入基体的合金元素较多，使得回火组织硬度和红硬性较高。
具体实施方式
实施例1：
某低合金高速钢车刀样，成份为：1.02Wt％C，1.5Wt％Si，4.1Wt％W，2.0Wt％Mo，4.0Wt％Cr，1.2Wt％V，0.05Wt％RE，其余为Fe，杂质S和P的含量均低于0.02Wt％。热处理工艺及过程的参数如下表：
| 热处理工艺艺 | 升温速度 | 加热温度 | 保温时间 | 冷却方式 | 介质 |
| 退火 | 300℃/h | 920℃ | 2h | >600℃30℃/h≤600℃随炉冷却 | 空气空气 |
| 淬火预热 | 850℃ | 10min | 盐浴 | ||
| 淬火 | 1180℃ | 3min | 分级淬火 | 盐浴 | |
| 三次回火 | 540℃ | 1h×3 | 空冷 | 盐浴 |
其中退火的目的是消除轧制过程中产生的组织缺陷，获得较好的原始平衡组织。淬火预热的目的通过预热可减少内应力，防止淬火过程中的开裂和变形。淬火的目的是使C和合金元素溶入奥氏体，并保留一定量的未溶一次碳化物，从而获得较细小的奥氏体晶粒。回火的目的是消除淬火应力，析出二次碳化物，减少残余奥氏体，获得硬度和红硬性均较高的组织。
经过上述热处理工艺处理的车刀试样，奥氏体晶粒度9.5级，且晶粒均匀，无异常长大的现象。冲击韧性达到25J/cm2，回火硬度为HRC66.3，600℃红硬性为HRC64.5，625℃红硬性为HRC63.5，650℃红硬性为HRC61。
实施例2：
某低合金高速钢材料，成分为：0.95wt％C，1.97wt％Si，3.8wt％W，1.8wt％Mo，4.0wt％Cr，1.2wt％V，0.05wt％RE，其余为Fe，杂质S和P的含量分别低于0.02wt％。
退火工艺与实施例1相同，淬火在空气炉中进行，预热温度为800℃，时间为10min，淬火加热温度为1180℃，并且按照三种不同的保温时间进行试验对比，其保温时间分别为2min、4min和6min。在各种保温时间下，淬火晶粒组织均良好，没有发现奥氏体异常长大的情况。保温2min、4min、6min情况下，晶粒度分别为12级、10级和8级。
实施例3：
某低合金高速钢材料，成份与实施例1相同。
经890℃退火保温2h，冷却方式与实施例1相同。淬火在空气炉中进行，预热温度为800℃，时间为10min，淬火加热温度为1180℃，保温时间分别采用2min、4min、6min。在2min和4min淬火保温时间下，没有出现混晶，晶粒度分别为11级和9.5级，在6min淬火保温时间下，晶粒度均匀增大至8级，没有出现异常长大。将淬火保温4min的材料进行回火处理，回火方式与实施例1相同，硬度为HRC66.5。冲击韧性平均为28J/cm2，600℃、625℃和650℃红硬性分别达到HRC64、HRC62.5和HRC60.5。
Claims (4)
1、一种低合金高速钢混晶消除热处理工艺，包括退火工序和淬火工序，其特征在于：
该退火工序和淬火工序采用如下步骤：
1)退火：
a)将低合金高速钢坯料放入热处理炉中，加热至890～920℃，加热升温速率300℃/小时，保温时间为1～5小时；
b)将低合金高速钢坯料进行退火冷却，当坯料温度大于600℃时，退火冷却速率为25～30℃/小时；
c)当坯料温度小于等于600℃时，随炉冷却；
d)退火工序总时间为15～24小时；
2)淬火：
a)将经退火工序处理的低合金高速钢坯预加热至800～850℃，预加热升温时间5～15分钟；
b)对预加热坯料进行继续升温加热至1170～1190℃，保温时间为2～6分钟；
c)采用分级淬火冷却，先将坯料浸入低温溶盐中冷却，停留时间为5～10分钟；
d)取出坯料在空气中冷却。
2、根据权利要求1所述的低合金高速钢混晶消除热处理工艺，其特征在于：所述退火保温时间为2.5～3.5小时。
3、根据权利要求1所述的低合金高速钢混晶消除热处理工艺，其特征在于：低合金高速钢坯料经退火和淬火工序后，再经回火处理，回火温度为520～560℃。
4、根据权利要求1、2或3所述的低合金高速钢混晶消除热处理工艺，其特征在于：所述低合金高速钢坯料合金元素含量为：0.8-1.2Wt％C，1.0-3.0Wt％Si，3.5-5.0Wt％Cr，1.0-3.0Wt％Mo，2.5-4.5Wt％W，0.8-1.6Wt％V，0.1-0.5Wt％Mn，0.05-0.15Wt％RE，杂质元素P和S含量分别小于0.03Wt％，其余为Fe。
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