CN102424899B - 高速钢退火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对高速钢进行处理的方法，尤其涉及一种高速钢退火方法。该方法先将高速钢锭坯材装炉后，缓慢升温至700℃，保温2~3小时；继续升温，确保钢锭坯材的最低温度达到760℃；控制缓慢降温，使炉内高速钢钢锭坯材奥氏体组织、马氏体和贝氏体组织缓慢通过珠光体有效转变区，转变为珠光体或回火索氏体或回火屈氏体中的至少一种；断电炉冷至500℃以下，出炉空冷。采用该方法，实现了对具有不稳定组织（马氏体、贝氏体或其混合组织）的冷锭坯材和具有过冷奥氏体组织的热锭坯材，可以同时装炉一起退火，分别获得珠光体或回火索氏体、回火屈氏体及其混合的稳定组织，使其退火硬度均可在300HRC以下，无应力，能满足修磨、锯切、较长时间贮存等要求。

Description

高速钢退火方法

技术领域

本发明涉及一种对高速钢进行处理的方法，尤其涉及一种高速钢退火方法。

背景技术

高速钢是高碳高合金钢，化学成分复杂，组织结构也复杂。高速钢铸态组织由两大部分构成：一是钢的基体组织，由孤立的不连续的奥氏体晶粒组成，这种晶粒亦可称为初生晶粒；二是存在于各晶粒之间的共晶莱氏体网以及先共晶碳化物。而钢的化学成分和凝固时的冷却速度等因素都会对这些组织产生很大的影响，因此高速钢的铸态组织是很不均匀的。

高速钢铸态组织的不均匀性，尤其莱氏体网是任何热处理方法所不能消除的，只有通过热加工，达到一定的变形量之后才能得到改善。

高速钢组织中共晶碳化物形态各异，对加工性能、最终使用性能有很大影响，钢材中一次碳化物的类型、数量、分布均匀性，颗粒形状、尺寸大小以及二次碳化物的类型数量等直接影响钢质量和使用性能。

高速钢基体组织复杂，在各种热、冷加工和热处理过程中，碳化物变化同时基体也在变化，且与碳化物之间产生系列相互作用对钢各项性能产生重要影响。

高速钢钢材的生产，必须经过冶炼、浇注、电渣重熔、锻造开坯、锻轧成材、及冷变形加工、机加工等过程，而每一序之间需要贮存、检验、修磨、组批等待等。因此，高速钢过程品和成品的退火是不可避免的，而且目的不同所需的组织状态不同，退火工艺也不相同。特别是过程品（钢锭、中间锻轧坯）退火目的主要是为了消除应力后贮存、降硬度检验修磨、组批等待后序均质化或改善热塑性的热处理等，之后还需要再进行热加工，而不是作为成品热处理的组织准备。

当前，主要的退火工艺有两种，一是高温相变退火，是将钢锭、钢坯加热到Ac1点以上保温使组织转变成奥氏体，然后控制缓慢冷却经过760~700℃珠光体转变区足够时间后，炉冷至600℃以下出炉。这种工艺可满足要求，硬度低，但因退火温度高，存在冷锭断裂风险需缓慢加热；严重氧化损失大，有时控制不当产生灾难性氧化，装管保护影响装炉量和退火效率，退火周期长，能耗高、生产效率低。二是去应力回火，是将冷锭在650~780℃保温足够时间然后炉冷到500℃以下，出炉空冷。此工艺优点是节能、不氧化，但组织为回火组织，应力可消除，但硬度较高，状态稳定，可贮存，但修磨加工困难，如果锭或坯是热态，入炉前组织为过冷奥氏体，随后加热保温未到珠光体有效转变区或时间短，出炉后仍为过冷奥氏体组织，当温度降低到Ms以下时，发生大量马氏体转变造成钢锭开裂，或应力过大，后序加热时钢锭断裂，存在很大风险。还有一种工艺是余热退火（其性质与相变退火相同），锻造或轧制后红态直接进入退火炉，使其在700~760℃区间保温，发生珠光体转变，达到降低硬度的目的。这种工艺节能，退火周期短，但与生产要紧密衔接，退火质量受生产节奏的限制。生产中往往冷态、热态或半冷半热的过程产品同时存在，由于规格差异、钢号不同、下序加工不同要求，需要重新组批，生产计划安排上存在退火炉少、装炉量小利用率低的矛盾，造成不能及时退火或采用不适宜的工艺，从而造成巨大浪费，甚至会造成严重的质量事故的风险。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可实现对不同形态的高速钢锭坯材进行同时处理的高速钢退火方法，其无氧化皮损失，无断锭风险，提高了生产效率。

为实现上述目的，本发明的高速钢退火方法由以下步骤组成：

步骤一，将高速钢锭坯材装炉后，缓慢升温至700℃，保温2~3小时；

步骤二，继续升温，确保钢锭坯材的最低温度达到760℃；

步骤三，控制缓慢降温，使炉内高速钢钢锭坯材的奥氏体组织或贝氏体组织或马氏体组织对应转变为珠光体或回火索氏体或屈氏体；

步骤四，断电炉冷至500℃以下，出炉空冷。

作为对上述方式的限定，上述的高速钢锭坯材为热态或冷态或热态与冷态过渡态中的一种或几种。

作为对上述方式的进一步限定，在步骤二中，继续升温至780℃，保温3小时以上。

作为对上述方式的进一步限定，步骤三中，所述的炉内高速钢钢锭坯材的奥氏体组织或贝氏体组织或马氏体组织对应转变为珠光体或回火索氏体或屈氏体的降温区间为760~720℃。

作为对上述方式的更进一步限定，步骤三，使炉内高速钢钢锭坯材在不少于10h缓慢通过760~720℃的降温区间。

采用上述技术方案的理由及效果如下：

1、步骤一中，高速钢冷锭700℃以下塑性差，断裂强度低，缓慢加热升温达到700℃，保温时间2~3h，确保了升温阶段冷锭内外温度差不过大，内外伸缩差异不会造成超过断裂强度的热应力；

2、步骤二中，确保高速钢锭坯材的最低温度（即钢锭心部或低温区温度）达到760℃，例如使加热温度为780℃，保温时间为3小时以上，兼顾了冷锭高温回火和热锭最有效相变所需温度，同时避免氧化和脱碳；此外，对于冷态的高速钢锭坯材，由于其在740℃以上硬度才能降下来，而在780℃以下氧化不明显，不氧化，因此，该温度的控制，实现了热态或冷态或热态与冷态过渡中间体不同形式组合的处理，避免了传统工艺中冷态与热态分开进行导致工作效率低下、钢锭开裂、断裂现象的发生；

3、控制缓慢冷却使钢锭或钢坯通过760~720℃降温区间足够长，如10小时以上，兼顾了冷锭的贝氏体、马氏体组织在高温回火区分解、析出、聚集转变为回火索氏体或屈氏体所需的780~720℃，以及热锭的奥氏体向珠光体有效转变区温度的760~720℃；保证了热锭各部位均能珠光体转变充分，冷锭基体高温回火区回火分解析出碳化物并聚集，转变成回火索氏体、回火屈氏体，或其混合的稳定组织，均达到降低硬度和去除应力的目的；此外，基于步骤二中的将加热温度设定为780℃，使冷锭状态的钢锭在升温和降温阶段均有效，进一步提高其转变效率。

4、断电炉冷到500℃后出炉，防止冷却太快再次产生过大热应力。

综上所述，采用该方法，实现了对具有不稳定组织（马氏体、贝氏体或其混合组织）的冷锭坯材和具有过冷奥氏体组织的热锭坯材，可以同时装炉一起退火，分别获得珠光体或回火索氏体、回火屈氏体及其混合的稳定组织。使其退火硬度均可在300HRC以下，且无应力，能满足修磨、锯切、较长时间贮存等要求。锭坯材不需保护几乎不产生氧化脱碳，无氧化皮损失，无断锭风险，不产生其它缺陷；本发明工艺具有不同钢号的高速钢锭坯材同时退火，退火温度低，时间短，耗能低等经济、安全、通用的优点。

具体实施方式

本发明的高速钢退火方法，适用于高性能高速钢HSS-E：M35、M2Al、M42等，适用于普通高速钢HSS：M2、W9、M7、W18等，适用于低合金高速钢HSS-L、HYW3、HYW4等；此外，本方法也适用于具有与高速钢相近冷却转变曲线的高合金钢（如D2、Cr12MoVCo、HYC3、H13、HYRH12、65Nb、6W6等）。

为充分说明本发明对生产效率提高的效果，在工业化生产过程中，可以如下为例：冷、热电渣锭、铸锭在连续退火炉中退火，加热用燃料为煤气或天燃气，整个退火炉全长有24车，分为四个温度段，其中，预热段具有5车长度，保温一段具有5车长度，保温二段具有7车长度，冷却段一段、二段、三段共7车长度。

根据生产情况重熔后热转或缓冷到室温后冷锭的φ315、φ215mm、φ400mmESR钢锭，铸锭F450（290/230），F450H（290/215），F600（340/230），B800（380/280）浇注后同时装炉，为节省能源，直接装连续退火炉，不保护，按下表设定参数，保证各钢锭通过退火炉的实际温度变化符合本发明工艺规定。退火后各种钢锭的状态，无氧化、无断锭、硬度245～285HB，可较长时间存放，进行后序修磨、探伤检验，重新按生产计划组批生产不同规格钢材。

上述实施例的描述，是为了说明本发明的技术内容在产业上的应用，在具体应用过程中，可根据高速钢锭坯材的型号、一车量等选择适应的退火时间，只要确保升温阶段冷锭内外温度差不过大，内外伸缩差异不会造成超过断裂强度的热应力；确保高速钢锭坯材的最低温度（即钢锭心部或低温区温度）达到760℃；以及确保使钢锭或钢坯通过760~720℃有效降温转变区间足够长，以保证高速钢钢锭坯材热锭状态的奥氏体组织缓慢通过珠光体有效转变区，以及冷锭基体回火分解析出碳化物并聚集，转变成回火索氏体、回火屈氏体，或其混合的稳定组织即可。

Claims (2)

1.一种高速钢退火方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：

步骤一，将热态、冷态高速钢锭坯材一同装炉后，缓慢升温至700℃，保温2~3小时；

步骤二，继续升温，确保高速钢锭坯材的最低温度达到760℃；

步骤三，控制缓慢降温，使炉内高速钢锭坯材在不少于10小时缓慢通过760~720℃的降温区间，使炉内各高速钢锭坯材的奥氏体组织或贝氏体组织或马氏体组织对应转变为珠光体或回火索氏体或屈氏体； 

步骤四，断电炉冷至500℃以下，出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的高速钢退火方法，其特征在于：步骤二中，继续升温至780℃，保温3小时以上。