CN103849746B - 一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺及其处理得到的40CrNiMoA芯棒 - Google Patents
一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺及其处理得到的40CrNiMoA芯棒 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于锻造技术领域，尤其涉及一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺及其处理得到的40CrNiMoA芯棒，它包括正火处理、淬火处理和回火处理三个过程和通过这三个过程处理得到的40CrNiMoA芯棒，本发明采用正火+调质方式进行，通过正火及加快正火后冷却速度可改善锻后晶粒度及消除粗大的片状珠光体，为淬火做好准备；淬火冷却时采用水-空-水的间隙冷却方式，严格控制初始入水温度和冷却过程中的温升，在保证工件获得足够淬火冷却烈度得到马氏体组织的同时，最大限度减少淬火应力，避免因应力过大造成工件开裂，再通过高温回火获得细小均匀的回火索氏体，在保证高强度的同时得到较高的冲击韧性，具有生产效率高、废品率低，在保证高强度的同时又能提高冲击韧性的优点。
Description
技术领域
本发明属于锻造技术领域，尤其涉及一种Accu_RoLL轧机的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺及其处理得到的40CrNiMoA芯棒。
背景技术
目前国内生产无缝钢管机组主要是以“纵向变形的连轧管机”和以“横向变形的Accu_RoLL轧机”为主要生产形式。而Accu_RoLL轧机以投资少，建设周期短，产品生产范围广，得到国内广大民营无缝钢管生产企业的青睐。据统计，国内现有15套Accu_RoLL轧管机组，钢管年产量为300万吨，年需消耗芯棒2000吨。目前Accu_RoLL轧机用芯棒材料主要有H13钢和40CrNiMoA钢两种，其中40CrNiMoA芯棒因其成本低而更受广大民营企业的欢迎。影响芯棒使用寿命的主要因素是材料的强度极限和冲击韧性，只有当两者结合得到最优良的综合力学性能时，才能大幅度提高芯棒使用寿命，因此用户要求芯棒热处理后的力学性能要达到GB/T 3077标准中小试样热处理后的性能指标，但当按照常规水淬油冷工艺对40CrNiMoA芯棒进行热处理生产时，其冲击韧性很难满足标准规定。如下表所示：
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种提高生产效率，降低废品率且在保证高强度的同时又能提高冲击韧性的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺及其处理得到的40CrNiMoA芯棒。
本发明的目的是这样实现的：
一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺，它包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为450～650℃的炉内，全功率加热至正火温度860～880℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450～650℃，然后全功率加热至淬火温度840～860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为室温～450℃，随后加热至回火温度560～600℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.5～2h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
所述的步骤2淬火处理中出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却具体是指将40CrNiMoA芯棒从热处理炉中提出后迅速转入水温为20～25℃的淬火水槽中，先在水中冷却420～470 S，再从水中取出空冷80～150S，最后再次放入水中冷却420～470 S，在整个淬火过程中水的温升控制在10℃以内。
通过不间断注入清水的方式，控制整个淬火过程中水的温升在10℃以内。
一种40CrNiMoA芯棒，它是由如权利要求1所述的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺处理得到，具体包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为450～650℃的炉内，全功率加热至正火温度860～880℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450～650℃，然后全功率加热至淬火温度840～860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为室温～450℃，随后加热至回火温度560～600℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.5～2h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
本发明与现有技术相比有以下的优点：
本发明采用正火+调质方式进行，通过正火及加快正火后冷却速度可改善锻后晶粒度及消除粗大的片状珠光体，为淬火做好准备。淬火冷却时采用水-空-水的间隙冷却方式，严格控制初始入水温度和冷却过程中的温升，在保证工件获得足够淬火冷却烈度得到马氏体组织的同时，最大限度减少淬火应力，避免因应力过大造成工件开裂，再通过高温回火获得细小均匀的回火索氏体，在保证高强度的同时得到较高的冲击韧性。实验证明通过本发明的工艺得到的40CrNiMoA芯棒的测试参数如下：
附图说明
图1本发明的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明的保护并不局限于此：
下面实施例选用规格为φ180×10650mm的 40CrNiMoA芯棒，以质量百分含量计，C=0.38~0.43%，Si=0.17~0.37%，Mn=0.60~0.80%，Ni=1.35~1.55%，Cr=0.70~0.90%，Mo=0.17~0.25%， S≤0.010%，P≤0.020%，余量为铁及其他微量元素。
实施例1
如图1所示，一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺，它包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为450℃的炉内，全功率加热至正火温度860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450℃，然后全功率加热至淬火温度840℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为室温，随后加热至回火温度560℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径2h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
所述的步骤2淬火处理中出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却具体是指将40CrNiMoA芯棒从热处理炉中提出后迅速转入水温为20℃的淬火水槽中，先在水中冷却420S，再从水中取出空冷80S，最后再次放入水中冷却420S，在整个淬火过程中水的温升控制在10℃以内。
通过不间断注入清水的方式，控制整个淬火过程中水的温升在10℃以内。
一种40CrNiMoA芯棒，它是由如权利要求1所述的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺处理得到，具体包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为450℃的炉内，全功率加热至正火温度860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450℃，然后全功率加热至淬火温度840℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为室温，随后加热至回火温度560℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径2h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
对照例1
采用传统的热处理工艺处理。
实施例2
一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺，它包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为620℃的炉内，全功率加热至正火温度870℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.9h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为600℃，然后全功率加热至淬火温度850℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.9h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为230℃，随后加热至回火温度580℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.8h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
所述的步骤2淬火处理中出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却具体是指将40CrNiMoA芯棒从热处理炉中提出后迅速转入水温为23℃的淬火水槽中，先在水中冷却450S，再从水中取出空冷100S，最后再次放入水中冷却450S，在整个淬火过程中水的温升控制在10℃以内。
通过不间断注入清水的方式，控制整个淬火过程中水的温升在10℃以内。
一种40CrNiMoA芯棒，它是由如权利要求1所述的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺处理得到，具体包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为620℃的炉内，全功率加热至正火温度870℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.9h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为600℃，然后全功率加热至淬火温度850℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.9h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为230℃，随后加热至回火温度580℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.8h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
对照例2
采用传统的热处理工艺处理。
实施例3
一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺，它包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为650℃的炉内，全功率加热至正火温度880℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为650℃，然后全功率加热至淬火温度860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450℃，随后加热至回火温度600℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.5h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
所述的步骤2淬火处理中出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却具体是指将40CrNiMoA芯棒从热处理炉中提出后迅速转入水温为25℃的淬火水槽中，先在水中冷却470 S，再从水中取出空冷150S，最后再次放入水中冷却470 S，在整个淬火过程中水的温升控制在10℃以内。
通过不间断注入清水的方式，控制整个淬火过程中水的温升在10℃以内。
一种40CrNiMoA芯棒，它是由如权利要求1所述的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺处理得到，具体包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为650℃的炉内，全功率加热至正火温度880℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为650℃，然后全功率加热至淬火温度860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100-140℃，以获得马氏体组织；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450℃，随后加热至回火温度600℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.5h，为防止回火脆性的发生，出炉后先采用油冷方式冷至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150-250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
对照例3
采用传统的热处理工艺处理。
本发明采用正火+调质方式进行，通过正火及加快正火后冷却速度可改善锻后晶粒度及消除粗大的片状珠光体，为淬火做好准备。淬火冷却时采用水-空-水的间隙冷却方式，严格控制初始入水温度和冷却过程中的温升，在保证工件获得足够淬火冷却烈度得到马氏体组织的同时，最大限度减少淬火应力，避免因应力过大造成工件开裂，再通过高温回火获得细小均匀的回火索氏体，在保证高强度的同时得到较高的冲击韧性。
实施例1-3与对照例1-3的产品测试参数如下表所示：
从上表可以看出，利用本发明工艺生产的40CrNiMoA芯棒抗拉强度大于980Mpa，U型冲击功大于78J。
Claims (3)
1.一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为450～650℃的炉内，全功率加热至正火温度860～880℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450～650℃，然后全功率加热至淬火温度840～860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100～140℃，以获得马氏体组织，所述的水～空～水的间隙冷却方式冷却具体是指将40CrNiMoA芯棒从热处理炉中提出后迅速转入水温为20-25℃的淬火水槽中，先在水中冷却420～470s，再从水中取出空冷80～150s，最后再次放入水中冷却420～470 s，整个淬火过程中水的温升控制在10℃以内；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为室温～450℃，随后加热至回火温度560～600℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.5～2h，为防止回火脆性的发生，出炉后采用油冷方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150～250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
2.如权利要求1所述的一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺，其特征在于：通过不间断注入清水的方式，控制整个淬火过程中水的温升在10℃以内。
3.一种40CrNiMoA芯棒，其特征在于：它是由如权利要求1所述的40CrNiMoA芯棒的热处理工艺处理得到，具体包括如下步骤：
步骤1、正火处理：将40CrNiMoA芯棒送入炉温为450～650℃的炉内，全功率加热至正火温度860～880℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉雾冷10min后再风冷至室温；
步骤2、淬火处理：将步骤1正火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为450～650℃，然后全功率加热至淬火温度840～860℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径0.8～1h，出炉采用水～空～水的间隙冷却方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在100～140℃，以获得马氏体组织，所述的水～空～水的间隙冷却方式冷却具体是指将40CrNiMoA芯棒从热处理炉中提出后迅速转入水温为20-25℃的淬火水槽中，先在水中冷却420～470s，再从水中取出空冷80～150s，最后再次放入水中冷却420～470 s，整个淬火过程中水的温升控制在10℃以内；
步骤3、回火处理：将步骤2淬火处理后的40CrNiMoA芯棒入炉，炉温为室温～450℃，随后加热至回火温度560～600℃，保温，保温时间为每100mm40CrNiMoA芯棒的有效截面直径1.5～2h，为防止回火脆性的发生，出炉后采用油冷方式冷却至40CrNiMoA芯棒的表面温度在150～250℃再空冷至室温；
所述的步骤1正火处理中40CrNiMoA芯棒的出炉后的雾冷10min后再风冷具体是指将水流雾化对工件表面进行均匀喷射10min后再用风机在工件四周吹风，加速空气流动进行强制冷却。
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