CN101956048A - 船用碳锰钢铸件的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用碳锰钢铸件的热处理工艺，其特征在于包括下述步骤：(1)将含有C≤0.23％、Si≤0.60％、Mn0.7～1.60％以及Cu≤0.30％、Cr≤0.30％、Ni≤0.40％、Mo≤0.15％的船用碳锰钢铸件装入13m×11m×5m的大型热处理炉中进行第一次正火处理，以≤75℃/h升温速度加热到920℃±20℃，保温8～36小时，使铸件的组织完全奥氏体化，然后出炉风冷，一小时内冷却到700℃以下时，随即将该铸件进行第二次正火处理，仍以≤75℃/h升温速度加热到830℃±20℃，保温8～16小时并随炉自然冷却到600℃之下，以获得索氏体组织，然后出炉空冷至常温。本法工艺稳定，能在满足铸件高强度指标的同时，满足对其高韧性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及大型铸钢件热处理，尤其涉及船用碳锰钢铸钢件的热处理工艺。
背景技术
目前，在船用铸钢件的生产中，最大碳素钢船用铸件单重达180t，最大热处理炉膛尺寸为13m×11m×5.5m。针对不同船厂和船级社的高标准性能要求，在传统技术中均采用正火加回火的方式进行热处理，但对高强度(抗拉强度达到480Mpa以上)和高冲击韧性(0℃27J，甚至有用户要求达到0℃55J以上)的要求，达标难度较大，且性能也不够稳定。
传统热处理工艺如图2所示。这种热处理工艺，不适用于大型铸件，尤其是船用碳锰钢铸钢件，究其原因，不外乎如下三条：(1)由于大型铸件壁厚较厚，需要长时间保温，会导致晶粒长大；(2)由于正火冷却速度不足，容易出现晶粒原始位向的保留显现。从而导致机械性能的不稳定，容易出现性能不合格现象，尤其是冲击功不合格；(3)当需要480W级别的产品又要保证低碳的化学成分时，传统工艺需要进行长时间的回火处理，这种情况下更容易出现强度降低从而达不到标准要求。在使用传统工艺时，在满足高强度要求下，其冲击韧性成功率只达到30％。
因此，采用合适的热处理工艺，使碳锰钢铸件既能满足高强度，又能满足高的冲击韧性，特别是低温冲击韧性是整个行业在船用铸钢件制造上的一个瓶颈。研发一种新型船用碳锰钢铸件的热处理工艺，突破使用大型热处理炉、处理大批量、大吨位的船用碳锰钢铸件制造的热处理瓶颈，是行业内急需解决的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的在于研发一种热处理新工艺，旨在解决大型热处理炉处理大壁厚碳素钢铸件时出现的性能不稳定的问题，使热处理后的大型船用铸钢件既满足高强度，又满足高的冲击韧性，特别是低温冲击韧性方面的性能要求。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种船用碳锰钢铸件热处理工艺，其特征在于：包括下述步骤：
(1.1)将含有C≤0.23％、Si≤0.60％、Mn0.7～1.60％以及Cu≤0.30％、Ni≤0.40％、Mo≤0.15％的船用碳锰钢铸件装入13m×11m×5m的大型热处理炉中进行第一次正火处理，以≤75℃/h的升温速度加热到920℃±20℃，保温8～36小时，使铸件的组织完全奥氏体化，然后出炉风冷，一小时内冷却到700℃以下；
(1.2)旋即将步骤(1.1)所述的铸件进行第二次正火处理，仍以≤75℃/h的升温速度加热到830℃±20℃，保温8～16小时，并随炉自然冷却到600℃之下，以获得索氏体组织，然后出炉。
所述的第一次正火处理时的保温时间按照所述铸件最大厚度25mm/h计算。
所述的第二次正火处理时的保温时间按照所述铸件最大厚度50mm/h计算。
与现有技术相比较，本发明的优点主要表现在：
1、本发明适用范围广，可以覆盖大部份碳锰钢的大壁厚铸件，利于大型热处理炉的配炉，能提高设备的利用率和生产效率。
2、本发明能在保证高强度的同时，满足现有船规对于不同温度的冲击韧性的要求。
3、能节约大量的热处理时间，并降低热处理成本：
(1)在第一次正火后，冷却到700℃就可以进行第二次正火，由700℃再加热到830℃的温差为130℃，小于传统工艺的由200℃到600℃的400℃温差，在升温速度大体相同的情况下能节约大量的升温时间。
(2)第二次正火保温时间按照壁厚50mm/h进行计算，而传统工艺的回火保温时间为按照壁厚25mm/h进行计算，能节约将近50％的保温时间。
(3)第二次正火后的冷却，为炉中降到600℃就可以出炉，约4小时，而传统工艺回火后的炉冷时间为10小时，能节约6小时。
4、本发明的工艺相当稳定，有利于大批量生产，成功率非常高，减少了重复热处理所产生的成本，也减少了船级社高昂的船检费用。
附图说明
本发明的附图2幅，其中：
图1是本发明的热处理工艺曲线；
图2是传统热处理工艺曲线。
具体实施方式：
如图1所示的一种船用碳锰钢铸件的热处理工艺，其特征在于包括下述步骤：
首先将含有C≤0.23％、Si≤0.60％、Mn0.7～1.60％以及Cu≤0.30％、Ni≤0.40％、Mo≤0.15％的船用碳锰钢铸件装入13m×11m×5m的大型热处理炉中进行第一次正火处理，以不高于75℃/h升温速度加热到920℃±20℃，保温8～36小时，保温时间按照铸件最大壁厚25mm/h计算，以使组织完全奥氏体化，完成第1次正火，然后第一次正火出炉吹风冷却，在一小时内降低到700℃以下时，再以不高于75℃/h升温速度加热到830℃±20℃，保温8～16小时，保温时间按照铸件最大壁厚50mm/h计算，再在炉中自然冷却到600℃以下，即可出炉，放到室内冷却到常温，完成热处理过程。
大型船用铸钢件冒口直径大多在600mm以上，最大冒口直径达2.9m。壁厚大的碳素钢铸件铸态组织偏析严重，柱状晶组织粗大。大型热处理炉的炉膛尺寸13m×11m×5.5m，处理如此大的铸件其升温速度不能高于75℃/h，如果升温过快，由温度差异引起的应力会扩大铸件中存在的缺陷，特别会扩大裂纹。
第一次正火，需要在920℃保温足够的时间，以使组织完全奥氏体化，消除铸态树枝状粗晶，使合金成分均匀化，是保证机械性能的前提条件。
第一次正火冷却温度降低到700℃时第一次正火的目的已经达到，需要立即做第二次正火。这样做的目的是为进一步细化晶粒同时可以节约大量能源。因为在整个热处理过程中能源消耗最大的阶段为升温阶段，这种工艺采用高起点温度升温，从而节约了大量的能源。第二次正火可以将晶粒进一步细化，可以将材料的组织处理成索氏体状态。
新工艺在保证高强度要求的同时，满足了对0℃、-10℃、-20℃的各项冲击性能的要求，工艺稳定，成功率达98％。
Claims (3)
1.一种船用碳锰钢铸件热处理工艺，特征在于：包括下述步骤：
(1.1)将含有C≤0.23％、Si≤0.60％、Mn0.7～1.60％以及Cu≤0.30％、Ni≤0.40％、Mo≤0.15％的船用碳锰钢铸件装入13m×11m×5m的大型热处理炉中进行第一次正火处理，以≤75℃/h的升温速度加热到920℃±20℃，保温8～36小时，使铸件的组织完全奥氏体化，然后出炉风冷，一小时内冷却到700℃以下；
(1.2)旋即将步骤(1.1)所述的铸件进行第二次正火处理，仍以≤75℃/h的升温速度加热到830℃±20℃，保温8～16小时，并随炉自然冷却到600℃之下，以获得索氏体组织，然后出炉空冷至常温。
2.根据权利要求1所述的船用碳锰钢铸件热处理工艺，其特征在于所述的第一次正火处理时的保温时间按照所述铸件最大厚度25mm/h计算。
3.根据权利要求2所述的船用碳锰钢铸件热处理工艺，其特征在于所述的第二次正火处理时的保温时间按照所述铸件最大厚度50mm/h计算。
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