CN101905277A - 一种用于微合金钢锻后控制冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微合金钢锻后控制冷却领域。主要涉及微合金钢锻件锻后控制冷却。本发明所述的控制冷却方法分为三个阶段：即锻后进入快速冷却线快速风冷、慢速线均匀冷却、装箱自然冷却。经本发明控制冷却，锻件不仅能获得较好的力学性能，而且组织均匀，所有截面硬度均匀，每只产品之间力学性能和金相组织差别较小，质量稳定并改善产品加工性能。
Description
一、技术领域
本发明属于钢制锻件锻后控制冷却领域，主要涉及微合金钢锻件锻后控制冷却。
二、背景技术
传统锻件为确保其综合力学性能，去除锻造应力或改善切削性能，力学加工前后通常必须进行预前以及最终热处理。而微合金钢因其材料特性，可以利用锻造余热直接进行处理。由于不需进行常规调质热处理，因此，减少和避免了常规热处理所带来的缺陷、减少环境污染具有重要意义。微合金钢的设计原理主要是通过添加钒(V)钛(Ti)氮(N)等元素，采取锻造后控制锻件的不同冷却方式，使各种元素析出硬化而获得锻件所需的综合力学性能。
控制微合金钢锻后不同阶段的冷却速度，能获得组织均匀的珠光体组织和较好的力学性能，获得均匀的截面硬度，并且不易出现贝氏体等有害组织，每只产品之间差别较小，质量稳定并改善产品加工性能。
现有技术中，国外微合金钢锻件锻后控制冷却普遍使用的方法
第一种方法：
第一阶段——锻件通过敞开式输送链，在空气中自然冷却；
第二阶段——冷却到500℃左右后装箱；
第二种方法：
第一阶段——在通道中使用风机快速冷却；
第二阶段——冷却到500℃左右后装箱；
第一种方法由于在空气中自由冷却冷速较慢，停留时间过长，造成心部组织粗大，心部和表面的组织和性能差别较大；
第二种方法使用风机快速冷却，心部组织较细，均匀性有所改善，但易产生贝氏体，造成产品组织不符合技术要求。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种能使产品心部和表面最终获得较为均匀一致的显微组织和较好的机械性能和加工特性。
针对上述目的，本发明一种用于微合金钢锻件锻后控制冷却的方法，分三个阶段，附图1为本发明的工艺流程图，现将三个阶段分述如下：
第一阶段-----快速冷却段，采用风冷通道冷却，锻件1080℃左右上线，冷却速度控制在100～50℃/分钟，锻件进入慢速冷却线之前的温度控制在750℃以上；
第二阶段---慢速冷却阶段，锻件进入慢速冷却通道，慢速通道为密封通道，冷速控制在30～40℃/分钟；
第三阶段----出慢速冷却线，低于300℃装入周转箱自然冷却。
第一阶段再结晶阶段采用1080℃至750℃间快冷，在奥氏体区停留时间较短，过冷度也增大，相对晶粒度会较细，为达到快冷的目的采用鼓风机和密封通道，使锻件在通过通道时通过空气快速流动达到快速冷却目的。
第二阶段相变阶段采用慢速冷却，为达到缓冷的目的，采用密闭通道，空气相对流动较少，在750℃左右珠光体开始逐渐析出，采取缓冷大大降低贝氏体形成概率，产品各截面温度冷却时也相对均匀，确保珠光体组织均匀，各截面硬度分布均匀并且不会偏高。
第三阶段出慢速冷却线，低于300℃后组织稳定，装箱进入流转阶段，自然冷却。
四、附图说明
附图二为本发明的设备及工艺流程图。
由附图看出，锻件锻后进入(2)输送链进入快速冷却通道，由鼓风机(1)加快空气流动，增加冷却速度，为冷却的均匀性使用密封通道(3)，冷却到750℃左右由红外温度监测仪(4)监控温度，然后转入慢速冷却线输送链(5)为保证慢速冷却线冷却速度保持均衡，慢速冷却线由密封通道组成，低于300℃出慢速冷却线，装入周转箱自然冷却。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
(1)控制冷却结果，在金相上获得晶粒度较细，均匀的珠光体体组织，心表组织和机械性能差异较小，锻件整体性能提高；
(2)通过对相变阶段的温度控制，不易出现微合金钢中极易出现的有害组织贝氏体；
(3)控制所使用设备紧凑，占用面积小，适用范围广。
五、具体实施方式
根据本发明所述的微合金钢锻后控制冷却方法，采用38MnVS6材料进行试验，抽样进行力学性能实验和金相组织实验，所测得的结果如下：
表1不同工艺下锻件的力学性能及组织状态
工艺1：锻后1100℃(风冷)到550℃左右装箱；
工艺2：锻后1090℃(保温箱)至850℃左右再快冷到550～500℃装箱；
工艺3：锻后1090℃(风冷快速冷却线)至750℃左右再缓冷(慢速冷却线)到300℃装箱。
工艺说明：锻造成型过程是奥氏体晶粒被碾碎并形成新的奥氏体晶粒，新的奥氏体晶粒度随温度和过冷度的改变而改变，在高温区停留时间长，冷速慢，晶粒度相对较粗
大，相反则细。在继续冷却后形成各种组织如马氏体、贝氏体、珠光体以及析出铁素体，零件由于厚度不均和模具传热的关系，锻件锻后温度不均匀对组织析出影响较大。
采用工艺1后的金相组织为珠光体+贝氏体+少量网状铁素体，其中贝氏体含量较高，局部贝氏体含量为4.2％/mm2，而且整个试样表面贝氏体含量为3.3％/100mm2。由于试制材料中Mn和Cr的含量之和达到1.68％(质量分数)，Mn和Cr是强烈提高淬透性的合金元素，显然由于锻件局部位置本身温度偏低，在空气中冷却速度过快形成过多的贝氏体，从而超出技术要求。
为了保证锻件各截面温度冷却时相对均匀，工艺2采用1090℃至850℃间缓冷，850℃快冷至550℃～500℃装箱，金相组织为珠光体+细网状铁素体，心部晶粒度5～6级，未发现明显贝氏体，基本符合技术要求，但在高温区停留时间较长，组织相对粗大。
由于工艺3采用1090℃至750℃间快冷，在奥氏体区停留时间较短，过冷度也增大，相对晶粒度会较细。在750℃以下珠光体开始逐渐析出，由于珠光体的片间距越大硬度越低，片间距又主要和过冷度有关，过冷度越小片间距越大，所以在750℃以下采取缓冷，确保珠光体片间距相对较大，硬度不会偏高，锻件各截面温度冷却时也相对均匀，缓冷到300℃以下装箱是为了避开贝氏体形成区域，最大限度减少贝氏体析出。
Claims (2)
1.一种用于微合金钢锻后控制冷却方法，包含快速冷却和慢速冷却阶段，其特征在于控制冷却方法分为三个阶段：
第一阶段-----快速冷却段，采用风冷通道冷却，锻件1080℃左右上线，冷却速度控制在100～50℃/分钟，锻件进入慢速冷却线之前的温度控制在750℃以上；
第二阶段---慢速冷却阶段，锻件进入慢速冷却通道，慢速通道为密封通道，冷速控制在30～40℃/分钟；
第三阶段----出慢速冷却线，低于300℃装箱自然冷却。
2.一种用于权利要求1所述的微合金钢锻后控制冷却方法，其中特征是：所述风冷通道其特征分两个阶段，第一阶段——快速冷却，在该装置的密封通道(3)，即锻件运行在输送带(2)上的通道内、冷却风机(1)、温度检测装置组成(4)；第二阶段——慢速冷却，其特征在该装置的密封通道(6)，即锻件运行在输送带(5)上通道内；
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