CN101421424B - 用于制造钢材的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造钢材的方法，所述方法包括在珠光体鼻部转变完成点保持30分钟或更久。在所述用于钢材制造的方法中，在前步骤热加工(1)和后步骤热加工之间进行中间退火(3)。在所述中间退火(3)中，将在完成所述前步骤热加工之后的半成品钢材(4)引入到热保持容器(7)中，以使所述钢材进行热量的同流换热，并且借助于其转变潜热，将所述半成品钢材在(珠光体鼻部转变完成点)±20℃的范围内的温度下保持30分钟或更久，从而将所述半成品钢材转变成珠光体。优选地，将所述半成品钢材在(珠光体鼻部转变完成点)±20℃的范围内的温度下保持2小时或更久。可以将钢材调节为在所述中间退火之后具有300HB或更低的硬度。

Description

用于制造钢材的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造钢材的方法，所述钢材具有转变完成不少于30分钟的珠光体鼻部(pearlite nose)。更具体地，本发明涉及一种用于制造钢材的方法，所述方法包括前步骤热加工、后步骤热加工以及介于前步骤热加工和后步骤热加工之间的半成品钢材(半成品钢成品)的中间退火。
背景技术
在将钢材进行前步骤热加工如热锻造或热轧，然后进行后步骤热加工如热锻造或热轧的情况下，如果钢材具有极高的淬硬性，则当在前步骤中完成热加工之后将其保持在大气中以冷却时，其金相组织变成硬质马氏体组织。然后在短时间内发生延迟破裂。因此，需要在前步骤热加工之后和后步骤热加工如热锻造或热轧之前，对在加热炉中的钢材提供短时间并且精细的中间退火的独立步骤，以将金相组织形成为珠光体，并且降低钢材的硬度。
更具体地，例如，参考图2，该图显示在依次包括前步骤热加工、中间退火和后步骤热加工的上述常规方法中的热历史，在完成热加工步骤1如热锻造或热轧之后，将所加工的钢材(半成品钢材)冷却(在图2中的2)。将钢材迅速引入加热炉(图2中的25)中以进行退火步骤3。在退火步骤3中，将钢材在控制下加热并且保持在不低于Ac3点(在图2中的26)的所需温度，以完全将其转变为奥氏体。然后，即使半成品钢材具有极高的淬硬性，也控制钢材以这种缓慢冷却速率(在图2中的27，28，29)冷却，以充分促使珠光体转变，从而完成中间退火。将中间退火的半成品钢材调节为具有低的硬度以及调节金相组织，从而提供将在后步骤中进行热加工的材料。
作为进行缓慢的冷却以产生珠光体转变的另一种手段，在JP-A-8-260058(参见专利文件1)中提出了配置有绝热材料的特殊冷却室的应用。
专利文件1：JP-A-8-260058
发明概述
如上所述，在制造具有淬硬性特别高这样的合金组合物的钢材的情况下，将热加工的半成品钢材暂时冷却，之后进行特殊的中间退火，原因是难于控制材料的温度。
具体地，在技术上通常使在热加工步骤后的半成品钢材在中间退火中反复通过转变点，以形成珠光体组织并且降低硬度，而且在钢材中不产生任何裂纹。由于这种原因，热加工形成稳定的奥氏体组织，然后将钢材冷却至马氏体转变区或贝氏体转变区。需要进行中间退火以重复转变，其中半成品钢材在之后被引入到加热炉中，以在不低于Ac3点，被完全转变为奥氏体，然后被仔细缓慢冷却。
当如在公开了用于在特殊冷却室中缓慢冷却的技术的JP-A-8-260058中所述，通过使用冷却室作为普通的冷却方法，将冷却速率降低至约3.3℃/分钟时，防止了缺陷，如裂纹，并且钢材具有珠光体转变的金相组织。然而，对于根据JIS SKD61的钢，该钢具有远高于普通钢材的淬硬性并且具有不短于例如30分钟的在珠光体鼻部的转变完成点，在约3℃/分钟的速率下的冷却对于降低硬度并且获得退火状态是无效的。
因此，对于淬硬性远高于普通钢材的淬硬性并且在珠光体鼻部的转变完成点不短于例如30分钟的钢，没有建立提高在前步骤热加工和后步骤热加工之间的独立中间退火的效率的技术，这样的技术被认为是在常规技术中是必不可少的，以及没有建立可靠地引起珠光体转变并且降低硬度的技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于制造钢材的方法，所述方法在将珠光体鼻部转变完成点(pearlite nose transformation completion point)不短于30分钟并且具有极高淬硬性的合金钢材进行中间退火的情况下，不使用任何炉子，但是具有与使用炉子的中间退火相同的效果。
本发明是考虑到上述问题而实现的。
本发明提供一种用于制造钢材的方法，所述钢材具有不短于30分钟的珠光体鼻部转变完成点，所述方法包括前步骤热加工、后步骤热加工以及在前步骤热加工和后步骤热加工之间进行的中间退火，所述中间退火包括下列步骤：将在前步骤热加工之后的半成品钢材引入绝热容器中，使钢材中的热量同流换热，并且利用来自半成品钢材的转变潜热，将半成品钢材在珠光体鼻部转变完成点+/-20℃的范围内的温度下保持不短于30分钟，使得半成品钢材转变为珠光体。
优选地，用于制造钢材的方法包括：将被引入到绝热容器中的半成品钢材在珠光体鼻部转变完成点+/-20℃的温度保持不短于2小时。
更优选地，用于制造钢材的方法包括：将被引入到绝热容器中的半成品钢材在珠光体鼻部转变完成点+/-10℃的温度下保持不短于2小时。进一步优选地，半成品钢材在被引入绝热容器中时的最大表面温度介于在珠光体鼻部的转变完成点+100℃和珠光体鼻部的转变完成点-200℃之间的范围内。
进一步优选地，根据所述用于制造钢材的方法，在中间退火之后的半成品钢材的硬度不高于300HB。
根据本发明的用于制造钢材的方法对于重量不小于500kg的半成品钢材是特别有利的。
根据本发明的用于制造钢材的方法对于具有这样的化学组成的半成品钢材是特别适宜的，所述化学组成按质量百分比计含有：0.10至2.0％的C；不大于2.0％的Si；不大于2.0％的Mn；1.0至15.0％的Cr；以及不大于10.0％的Mo；不大于4.0％的Ni、不大于4.0％的V、不大于20.0％的W和不大于10.0％的Co中的至少一种；以及基本上为Fe的余量。
根据本发明的将珠光体鼻部转变完成点不短于30分钟的钢材进行中间退火的方法，通过将钢材引入绝热容器中，并且利用钢材的珠光体转变潜热，以代替使用加热炉，保持钢材的温度，从而达到与中间退火的效果相同的效果。
附图简述
图1是显示根据本发明的进行中间退火的一个实例的加热模式图；
图2是显示根据常规的中间退火的一个实例的加热模式图；
图3是显示珠光体鼻部转变完成点的图；
图4是显示示出SKD61的珠光体鼻部转变完成时间的TTT曲线的图；
图5A是显示根据本发明的绝热容器的一个实例的非闭合状态的示意性正视图；
图5B是在图5A中所示的绝热容器的示意性侧视图；
图5C是显示在图5A中所示的绝热容器的闭合状态的示意性正视图；
图5D是在图5C中所示的绝热容器的示意性侧视图；
图6A是显示根据本发明的绝热容器的另一个实例的非闭合状态的示意性正视图；
图6B是在图6A中所示的绝热容器的示意性侧视图；
图6C是在图6A中所示的绝热容器的闭合状态的示意性正视图；
图6D是在图6C中所示的绝热容器的示意性侧视图；
图7A是显示根据本发明的绝热容器的又一个实例的非闭合状态的示意性正视图；
图7B是在图7A中所示的绝热容器的示意性侧视图；
图7C是显示在图7A中所示的绝热容器的闭合状态的示意性正视图；
图7D是在图7C中所示的绝热容器的示意性侧视图；和
图8是显示根据本发明的绝热容器的又一个实例的示意图。
发明详述
下面将详细描述本发明。
用于制造珠光体鼻部转变完成点不短于30分钟的钢材的方法包括：例如，将熔融钢浇铸以获得钢锭的熔融步骤；对通过所述熔融步骤获得的钢锭进行一定次数的热加工的步骤；以及在热加工的完成之间进行的中间退火。可以将经过热加工并且中间退火的材料进行热处理如退火或淬火，以及回火。
根据本发明的中间退火被定义为在如上所述的前步骤热加工和后步骤热加工之间进行的退火。例如，在包括热压、第一次退火、热锻造(初轧)、第二次退火、热轧和第三次退火的用于制造钢材的方法中，第一次和第二次退火对应根据本发明的中间退火。
本发明用于制造珠光体鼻部转变完成点不短于30分钟并且具有高淬硬性的钢材，对此而言，在严格的温度控制下的独立中间退火被认为是必不可少的。
珠光体鼻部转变完成点不短于30分钟的钢材包括例如合金工具钢，如SKD11、SKD61和SKT4。根据本发明的钢材退火方法更有利地用于珠光体鼻部转变完成点不短于60分钟的钢材，更优选用于珠光体鼻部转变完成点不短于90分钟的钢材，并且进一步优选用于珠光体鼻部转变完成点不短于2小时的钢材。
可以按如下测量珠光体鼻部转变完成点。
将例如SKD61的钢材转变为具有奥氏体金相组织，退火至不高于A1点的确定温度，并且被保持在该温度。在从在该温度保持开始的一定时间之后，珠光体转变开始。随着时间的流逝，转变结束。当在完成转变之前冷却材料时，残留的奥氏体被转变为马氏体。因此，通过测量硬度，可以得到在转变结束之前的时间周期。
这些实验是在不同温度下进行的，并且将转变结束点绘制在图上，并且通过曲线连接，从而获得如图4中所示的图(TTT曲线)。在这个曲线中，在硬度于一定温度下急剧下降的最短时间内的部分是珠光体鼻部转变完成点。在那里没有辨认到奥氏体组织。
例如，在SKD61的情况下，将被加热至热锻造温度的钢材件被引入到在700至775℃的范围内每隔25℃等级设定的温度的一些炉子中，并且保持2、5、15和24小时。将被保持在该温度并且保持如上所述时间的钢材件从炉子中取出，并且通过空气冷却，并且测量钢材的硬度。珠光体鼻部转变完成点在750℃附近历时5小时，这是硬度急剧下降的点中的最短时间点。
将参考图3，对不短于30分钟的珠光体鼻部转变完成点进行描述。在由纵坐标上的保持温度(℃)和横坐标上的保持温度(分钟)表示的TTT曲线中，将位于30分钟的保持时间的珠光体鼻部转变完成点称为30分钟的珠光体鼻部转变完成点(在图3中由虚线表示的曲线)，并且将位于包括30分钟在内的更长保持时间侧的珠光体鼻部转变完成点称为不短于30分钟的珠光体鼻部转变完成点(在图3中由实线表示的曲线)。
根据本发明，对珠光体鼻部转变完成点不短于30分钟并且具有良好的淬硬性的上述钢材进行规定的中间退火。将参考在图1中所示的加热模式，详细描述在本发明中规定的中间退火方法的原因。
在热加工步骤(图1中的1)如热锻造或热轧之后，将半成品钢材冷却(在图1中的2：热加工后冷却步骤)。在热加工后冷却步骤的过程中，将半成品钢材引入到绝热容器中，并且开始退火步骤3。将半成品钢材引入绝热容器中以使半成品钢材的表面温度进行同流换热(图1中的21)。
同流换热(recuperation)被限定如下。通过来自半成品钢材内部的热传导和来自绝热容器壁的辐射热，使被引入到绝热容器中的半成品钢材的表面温度增加，并且使在半成品钢材的内部温度和半成品钢材的表面温度之间的温差降低。这是对利用半成品钢材的转变潜热进行温度保持的预备。
随后，在绝热容器中采用半成品钢材的转变潜热保持温度(图1中的22)。本发明利用在半成品钢材转变时产生的热量来保持材料的温度。即，本发明利用半成品钢材的转变潜热，将半成品钢材的温度在恒定的温度范围内保持一定的时间周期，以将材料转变为珠光体。对于这种目的，保持温度范围和时间周期是极其重要的。
根据本发明，保持温度是在珠光体鼻部转变完成点+20℃和珠光体鼻部转变完成点-20℃的范围内进行不短于30分钟。保持在这种特殊的温度范围能够获得从未获得的退火状态。此外，根据本发明，作为发现可以利用半成品钢材中的转变潜热的结果，效率是极高的，这将在下面详细描述。
根据本发明将保持温度选择在珠光体鼻部转变完成点+/-20℃的范围内的原因在于：在该范围内，珠光体转变在更短的时间内完成，并且可以通过利用转变潜热降低硬度。超过珠光体鼻部转变完成点+20℃的温度范围需要更长的时间来完成珠光体转变，因此是不经济的，并且还出现金相组织容易变得更粗大的问题。低于珠光体鼻部转变完成点-20℃的温度范围也需要更长的时间来完成珠光体转变，因此是不经济的，并且引起珠光体转变不能发生和进展的问题，从而导致硬度的降低不够。优选的温度范围在珠光体鼻部转变完成点+/-10℃的范围内。
将保持时间选择为不短于30分钟的原因是：因为如果保持时间短于30分钟，则珠光体转变可能不完全，并且在这种情况下，由于碳化物的不充分沉淀，软化将不足，并且将产生比如裂纹的缺陷。在该温度下的优选保持时间不短于1小时。更优选的保持时间不短于2小时。还更优选的保持时间的范围是2至24小时。
通过使在珠光体鼻部转变完成点+/-20℃之内的温度保持不短于2小时，可以将中间退火之后的硬度降低至不高于300HB，这对于中间退火的材料是优选的。在中间退火之后的硬度优选不高于270HB，更优选不高于250HB。
当将半成品钢材引入绝热容器中时，半成品钢材的最高表面温度在介于珠光体鼻部转变完成点+100℃和珠光体鼻部转变完成点-200℃之间的范围内。
如果在超过珠光体鼻部转变完成点+100℃的温度下引入半成品钢材，则半成品钢材的温度将通过来自半成品钢材的热量的同流换热而变得过高，并且金相组织容易具有更粗大的晶粒。在不低于珠光体鼻部转变完成点+200℃的温度范围内，组织的这种粗大化是显著的。因此，考虑到来自半成品钢材的热量的同流换热，将半成品钢材引入绝热容器中时的温度的优选上限被确定为珠光体鼻部转变完成点+100℃。
当半成品钢材被引入之后该材料表面的温度超过珠光体鼻部转变完成点+200℃时，优选打开下述绝热容器的一部分以限制该材料的温度的增加。
当将钢材引入绝热容器中时，该材料的最高表面温度的下限被确定为珠光体鼻部转变完成点-200℃。这是因为如果钢材的最高表面温度低于珠光体鼻部转变完成点-200℃，则在绝热容器中，热量的同流换热难以将半成品钢材加热至在珠光体鼻部转变完成点+/-20℃之内的温度。作为在将半成品钢材引入绝热容器中时的优选温度范围，材料表面的最高温度在珠光体鼻部转变完成点+50℃和珠光体鼻部转变完成点-150℃之间。更优选地，它在珠光体鼻部转变完成点+50℃和珠光体鼻部转变完成点-100℃之间。钢材的最高表面温度指在钢材的整个表面中温度最高的区域的温度。
在本发明中关注半成品钢材表面的原因是因为在热加工过程中的热量残留在半成品钢材内部，并且在暴露于外部气氛中的表面的温度最低。因此，根据本发明限定半成品钢材表面的温度。可以通过例如辐射温度计测量材料表面的温度。
在本发明中提及的绝热容器是例如，用于覆盖半成品钢材的盒状构件或盖状构件。
绝热容器没有加热源。它可以是例如通过将绝热构件安置在盒状或盖状构件的内部以形成封闭的空间，以将材料在一定的温度范围内保持一定的时间，从而能够利用来自材料的转变潜热，将半成品钢材转变成为珠光体的任何结构。绝热容器可以配置有孔等，例如用于插入热电偶温度计，用于在视觉上检查在容器中的钢材的色调；或者配置有可打开/可封闭的结构的开口，用于调节材料表面的温度。不一定需要与外部大气完全隔离的封闭空间。
绝热容器7可以具有在图5A至5D中的示意性正视和侧视图所示的结构，在这些图中，将半成品钢材4放置在绝热容器底座5上，并且将绝热容器上盖6放置在底座5上以形成环绕材料4的封闭空间。作为选择，它可以具有在图6A至6D中的示意性正视和侧视图所示的结构，在这些图中，将半成品钢材4放置在绝热容器下盖8中，并且放置绝热容器上盖6以形成环绕材料4的封闭空间。作为选择，它可以具有在图8中所示的卡车式结构，其中将半成品钢材4放置在绝热容器底座5上，并且使具有能够在轨道11上移动的车轮10的绝热容器7在箭头的方向上移动，以形成环绕材料4的封闭空间。在这种情况下，可以固定容器7，并且可以移动配置有车轮的底座。
根据本发明，可以通过考虑半成品钢材的形状和重量来设计绝热容器的结构。例如，在半成品钢材处于可能发生堆叠倒塌的圆形棒的形式的情况下，容器可以具有在图7A和7C中所示的结构，在图7A和7C中，下盖7形成为具有三角形截面，其中将材料4的圆形棒装填到下盖7中，并且将上盖6放置在上面。在这种情况下，优选安置用于下盖的翻转防止构件9，以防止下盖8的翻转。尽管作为实例，翻转防止构件9在图7A至7D中图示为具有柱状的形态，但是它们可以具有所形成的M-形或V-槽块(block)的截面。
在大尺寸半成品钢材比如由钢锭热锻造的大尺寸半成品钢材的情况下，根据可加工性和加工安全性，有利的是使用具有在图5C和5D、图6A至6D或图7A至7D中所示的结构的绝热容器。在附图中的示意图中，图5A和5B、图6A和6B以及图7A和7B显示了其中不形成封闭空间的情况，而图5C和5D、图6C和6D以及图7C和7D显示了其中形成封闭空间的情况。
根据本发明，实施退火步骤3，其中通过使用上述绝热容器来保持半成品钢材的温度，并且从容器中取出半成品钢材(图1中的23)，以将其进行缓慢冷却(图1中的24)，从而完成退火步骤3。
本发明特别优选用于重量不小于500kg的大尺寸的半成品钢材件。这是因为重量不小于500kg的大尺寸材料件保证了：使利用转变潜热的同流换热的温度被保持足够的用于珠光体转变的时间而所必需的热量的量。对于重量不小于1吨的大的半成品钢材件，可以进一步获得上述效果。它对于不小于4吨的件是更有效的。
根据本发明，如上所述，通过利用珠光体转变潜热将半成品钢材保持在一定温度下，以不形成马氏体金相组织。因此，达到了与使用炉子的常规中间退火基本上相同的效果。
在本发明中提及的“钢材”(或钢成品)是通过加工如轧制、锻造(forcing)或牵拉被加工所需形状的钢材。在本发明中提及的“半成品钢材”对应在JIS术语中的“钢坯”，并且是通过热加工形成为上述钢成品的材料。例如，“半成品钢材”包括在JIS术语中的“板坯”、“初轧坯”、“钢坯”、“薄板坯”或直径大于130mm的圆形钢坯。
当半成品钢材在绝热容器中的充填率不小于15％时，可以更可靠地获得本发明的上述效果。
下面描述原因。如果充填率不小于15％，则半成品钢材的热量足够大，因此缩短了在同流换热之前的时间。作为结果，可以获得将温度可靠地保持在珠光体鼻部转变完成点+/-20℃的范围内的效果。相反，如果充填率低于15％，则所装填的材料的量小，从经济考虑，这是不利的。因为材料的热量小，则在同流换热之前所需的时间变长。此外，提高容器的绝热效果可能是必要的。
充填率的优选上限为95％。如果达到100％，则容器必需具有与材料件的尺寸相同的尺寸，因此在设计材料件的尺寸方面没有自由度，从而导致低的可用性。因此，理想的是确定优选的上限为95％。
用于制造根据本发明的半成品钢材的方法对属于在JIS标准中的工具钢范畴的合金是有效的。所述方法对具有下述组成的合金是特别有效的。注意下面的每一种元素的含量是以质量％表示的。
C：0.10至2.0％
将碳含量确定为0.10至2.0％的原因如下。如果碳含量低于0.10％，则碳可能不扩散到晶粒中，因此在晶粒中没有碳化物析出，并且没有根据需要产生珠光体转变。优选地，碳含量不低于0.1％。如果碳含量超过2.0％，则碳化物的量过量，并且韧性降低。优选地，碳含量为0.20至0.60％。
Si：不大于2.0％
硅是在熔融时作为脱氧剂添加的。如果加入大量硅，则韧性降低。因此，根据本发明，硅含量为不小于2.0％。优选地，该含量为0.15至1.20％。
Mn：不大于2.0％
锰是在熔融时作为脱氧剂和脱硫剂加入的。如果加入大量锰，则韧性降低。因此，根据本发明，锰含量不大于2.0％。优选地，该含量为0.30至1.00％。
Cr：1.0至15.0％
铬提高淬硬性，并且提高抗拉强度和韧性。然而，如果含有大量铬，则相反地降低韧性。因此，根据本发明，铬含量为1.0至15.0％。优选地，该含量为1.0至13.0％。
Mo：不大于10.0％
钼提高淬硬性。而且，钼通过回火形成细小的碳化物，从而增加高温抗拉强度。然而，如果含有大量钼，则韧性相反地降低。因此，钼含量不大于10.0％。优选地，该含量为0.20至5.0％。
下述的镍、钒、钨和钴是选择性元素。它们中的一种或多种被包含。
Ni：不大于4.0％
镍提高淬硬性并且提高韧性。然而，如果含有大量镍，则转变点降低，使得高温强度降低。因此，如果含有镍，则含量不大于4.0％，优选不大于2.0％。
V：不大于4.0％
钒使得晶粒更细，并且提高韧性。钒通过回火形成高硬度的碳化物以增加抗拉强度。然而，如果加入大量钒，则韧性降低。因此，如果含有钒，则含量不大于4.0％，优选为0.10至1.10％。
W：不大于20.0％
钨提高淬硬性。而且，钨通过回火形成细小的碳化物以形成高温抗拉强度。然而，如果含有大量W，则韧性降低。因此，如果含有钨，则含量不大于4.0％，优选为0.10至1.10％。
Co：不大于10.0％
钴提高赤热硬度并且提高高温抗拉强度。然而，如果加入大量钴，则韧性降低。因此，如果含有钴，则含量不大于10.0％。
余量基本上为Fe。
根据本发明，除上面规定的元素以外的余量基本上为Fe。当然，不可避免地可能含有杂质。例如，因为铌和钛是使晶粒更细的有效元素，因此它们可以以不大于0.20％的范围被包含，使得韧性没有不利地被降低。
铝是使碳的扩散更快，并且在珠光体转变过程中促进碳化物的析出方面是有效的元素。因此，铝可以以不大于0.20％的范围被包含。
实施例
下面本发明将参考图1对其实施例进行进一步的详细描述。
通过在大气中熔融以获得具有示于表1中的化学组成的钢锭，制备出三种合金，即JIS SKD61(钢号1)、JIS SKT4(钢号2)和JIS SKD11(钢号3)。
[表1]
(质量％)
将三种钢锭热锻造以获得半成品钢材，并且取得试件以测量珠光体鼻部转变完成点。
对具有化学组分编号1的半成品钢材(JIS钢SKD61)的珠光体鼻部转变完成点的测量按如下进行。将试件加热至热锻造温度(1150℃)，之后被引入到在700至775℃的范围内每隔25℃等级设定的温度下的一些炉子中，以将其保持2、5、15和24小时。在等温保持之后，将试件从炉子中取出，通过空气冷却，并且测量其硬度。将在最短时间保持下硬度降低时的点判断为珠光体鼻部转变完成点。半成品钢材编号1的珠光体鼻部转变完成点为在750℃的点附近进行5小时。
对具有化学组分编号2的半成品钢材(JIS钢SKT4)的珠光体鼻部转变完成点的测量如下。将试件加热至热锻造温度(1150℃)，之后被引入到在600至750℃的范围内每隔25℃等级设定的温度下的一些炉子中，以将其保持2、5、10、24和48小时。在等温保持之后，将试件从炉子中取出，通过空气冷却，并且测量其硬度。将在最短时间保持下硬度降低时的点判断为珠光体鼻部转变完成点。半成品钢材编号2的珠光体鼻部转变完成点为在650℃的点附近进行10小时。
对具有化学组分编号3的半成品钢材(JIS钢SKD11)的珠光体鼻部转变完成点的测量如下。将试件加热至热锻造温度(1150℃)，之后被引入到在675至775℃的范围内每隔25℃等级设定的温度下的一些炉子中，以将其保持2、5、10和24小时。在等温保持之后，将试件从炉子中取出，通过空气冷却，并且测量硬度。将在最短时间保持下硬度降低时的点判断为珠光体鼻部转变完成点。半成品钢材编号3的珠光体鼻部转变完成点为在725℃的点附近进行2小时。
接着，通过使用热锻造的具有化学组成编号1至3的半成品钢材进行中间退火。具有化学组成编号1的热锻造半成品钢材件A的尺寸为430mm(厚)×430mm(宽)×3000mm(长)×2件，并且其重量为约8600kg。具有组成编号2的热锻造半成品钢材B的尺寸为520mm(厚)×830mm(宽)×2400mm(长)×2件，并且其重量为约8000kg。具有组成编号3的热锻造半成品钢材C的尺寸为370mm(厚)×370mm(宽)×3500mm(长)×2件，并且其重量为约7500kg。这些半成品钢材对应在JIS术语中的“钢坯”或“初轧坯”。通过在中间退火之后进行热锻造，将这些材料形成为钢成品。
下面描述具体的热锻造-中间退火条件。
将半成品钢成品编号A在1250℃下进行热锻造(图1中的1)，然后在空气中进行热加工后冷却步骤(图1中的2)。在热加工后冷却步骤过程中，通过如图5A和5B中所示将钢材4安装在绝热容器底座5上，进行中间退火3的准备。使用辐射温度计测量半成品钢的最高表面温度，并且在620℃，用绝热容器上盖6覆盖钢材4，从而完成将材料4引入到容器7中。材料在容器中的充填率为35.6％。
在引入半成品钢材之后，使用连接到容器上的铠装式热电偶测量材料的表面的温度。在容器中热量同流换热至800℃(图1中的21)之后，将半成品钢材在珠光体鼻部转变点+/-20℃(730至770℃)之内的温度保持5小时，以将其转变成珠光体(图1中的22)。然后，将材料在500℃下从容器中取出(图1中的23)，并且在空气中冷却(图1中的24)。
将半成品钢成品编号B在1250℃进行热锻造(图1中的1)，然后在空气中进行热加工后冷却步骤(图1中的2)。在热加工后冷却步骤过程中，通过如图5A和5B中所示将钢材4安装在绝热容器底座5上，进行中间退火3的准备。使用辐射温度计测量半成品钢的最高表面温度，并且在600℃，用绝热容器上盖6覆盖钢材4，从而完成将材料4引入到容器7中。材料在容器中的充填率为33.2％。
在引入半成品钢材之后，使用连接到容器上的铠装式热电偶测量材料的表面的温度。在容器中热量同流换热至700℃(图1中的21)之后，将半成品钢材在珠光体鼻部转变点+/-20℃(630至670℃)之内的温度保持15小时，以将其转变成珠光体(图1中的22)。然后，将材料在500℃下从容器中取出(图1中的23)，并且在空气中冷却(图1中的24)。
将半成品钢成品编号C在1150℃进行热锻造(图1中的1)，然后在空气中进行热加工后冷却步骤(图1中的2)。在热加工后冷却步骤过程中，通过如图5A和5B中所示将钢材4安装在绝热容器底座5上，进行中间退火3的准备。使用辐射温度计测量半成品钢的最高表面温度，并且在680℃，用绝热容器上盖6覆盖钢材4，从而完成将材料4引入到容器7中。材料在容器中的充填率为30.7％。
在引入半成品钢材之后，使用连接到容器上的铠装式热电偶测量材料表面的温度。在容器中热量同流换热至850℃(图1中的21)之后，将半成品钢材在珠光体鼻部转变点+/-20℃(705至745℃)之内的温度保持4小时，以将其转变成珠光体(图1中的22)。然后，将材料在500℃下从容器中取出(图1中的23)，并且在空气中冷却(图1中的24)。
作为比较例，将JIS钢SKD61的半成品钢材编号D、JIS钢SKT4的半成品钢材编号E和JIS钢SKD11的半成品钢材编号F热锻造，之后在冷却速率调节至50℃/h的情况下冷却。从冷却速率、TTT曲线和硬度，发现它在珠光体鼻部转变完成点的较短时间侧通过。
在比较例中使用的半成品钢材具有与根据本发明的半成品钢材相同的组成，以及具有与本发明相同的热锻造条件和相同的在热锻造后尺寸。
作为用于常规技术的实施例，将钢材在图2中所示的条件下进行退火。常规的半成品钢材编号G是根据JIS钢SKD61的材料，编号H是JIS钢SKT4的半成品钢材，并且编号I是JIS钢SKD11。
将常规的半成品钢材进行热锻造步骤1，通过空气冷却(图2中的2)，并且引入到加热炉中(图2中的25)，随后进行退火步骤3。在退火步骤中，将钢材加热至不低于Ac3点的温度并且保持在该温度(图2中的26)，从而完全转变成奥氏体，然后缓慢冷却以完成中间退火。在图2中的虚线表示Ac3点。
在比较例中使用的半成品钢材和根据本发明的那些具有相同的组成，相同的热锻造条件和在热锻造之后的钢成品尺寸。半成品钢材的不低于Ac3点的退火温度和保持时间对于编号D为870℃×5h，对于编号E为750℃×5h，并且对于编号F为870℃×5h。
表2显示了根据本发明的实施例、比较例和常规技术的实施例的半成品钢材在中间退火之后的金相组织和硬度的结果。被引入到绝热容器中的半成品钢材在珠光体鼻部转变完成点+/-10℃之内的温度下的保持时间对于编号A为2.5小时，对于编号B为7.5小时，并且对于编号C为2小时。
如从表2中明显看出，当在对应的材料之间进行比较时，本发明所使用的半成品钢材编号A、B和C在中间退火之后的金相组织和硬度与常规技术的半成品钢材编号G、H和I相当。
在对应的材料之间的比较中，根据比较例的半成品钢材编号D、E和F具有不同于进行了本发明的中间退火的半成品钢材编号A、B和C的金相组织，并且具有更高的硬度，所述半成品钢材编号D、E和F是以更高的冷却速率冷却的，并且在珠光体鼻部转变完成点的更短时间侧上通过。
根据本发明的方法，如上所述，中间退火可以在不使用加热炉的情况下进行。
在中间退火之后，对应用了本发明的半成品钢材编号A、B和C，以及对应用了常规方法中的中间退火的半成品钢材编号G、H和I，成功地进行后步骤热加工(热锻造)之后，从而将这些钢材加工成钢成品。
工业适用性
根据本发明的用于制造钢材的方法，通过利用来自钢材的珠光体转变潜热保持温度，从而获得与使用加热炉的中间退火的效果基本上相同的效果，而不使金相组织变成马氏体。因此，根据本发明，例如，通过利用在海上或陆地上运输的时间将钢材退火，以促进钢材的分布，并且有助于节省能量。

Claims (6)

1.一种用于制造钢材的方法，所述钢材具有不短于30分钟的珠光体鼻部转变完成点，所述方法包括如下步骤：
前步骤热加工；
后步骤热加工；以及
中间退火，所述中间退火在所述前步骤热加工和所述后步骤热加工之间进行，并且所述中间退火包括下列步骤：将在所述前步骤热加工之后的具有不小于500kg的重量的半成品钢材引入到绝热容器中，使所述钢材中的热量进行同流换热，以及利用来自所述半成品钢材的转变潜热，使所述半成品钢材保持在所述珠光体鼻部转变完成点+/-20℃的范围内的温度，以转变为珠光体，其中当所述半成品钢材被引入到所述绝热容器中时，所述半成品钢材的最大表面温度在所述珠光体鼻部转变完成点+100℃和所述珠光体鼻部转变完成点-200℃的之间的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中被引入到所述绝热容器中的所述半成品钢材的温度被保持在所述珠光体鼻部转变完成点+/-20℃的范围内的温度，并且保持不短于2小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其中被引入到所述绝热容器中的所述半成品钢材的温度被保持在所述珠光体鼻部转变完成点+/-10℃的范围内的温度，并且保持不短于2小时。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在所述中间退火之后的所述半成品钢材具有不高于300HB的硬度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中按质量％计，所述半成品钢材含有：
0.10至2.0％的C；
至多2.0％的Si；
至多2.0％的Mn；
1.0至15.0％的Cr；
至多10.0％的Mo；
至多4.0％的Ni、至多4.0％的V、至多20.0％的W和至多10.0％的Co中的至少一个；以及
余量为Fe和附带的杂质。
6.根据权利要求4所述的方法，其中按质量％计，所述半成品钢材含有：
0.10至2.0％的C；
至多2.0％的Si；
至多2.0％的Mn；
1.0至15.0％的Cr；
至多10.0％的Mo；
至多4.0％的Ni、至多4.0％的V、至多20.0％的W和至多10.0％的Co中的至少一个；以及
余量为Fe和附带的杂质。
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