CN104357631B - 一种消除300m钢低倍组织缺陷的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种消除300M钢低倍组织缺陷的热处理方法，属于金属热处理技术领域，具体涉及方法中包括正火和退火两种方式，其中正火时将300M棒材在室温下入炉，升温时间16h，加热至960℃，保温时间4～9h，然后自炉中取出空冷，经两次正火后再进行退火，退火时升温时间为13‑16h，加热至680℃，保温15～40h后炉内降温冷却20h，再自炉中取出并进行空冷；另外正火处理时的保温时间可依据经验公式获得。采用本方法可将300M钢低倍组织环形花样缺陷由C‑E级提高到A级。
Description
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，具体公开一种消除300M钢低倍组织缺陷的热处理方法。
背景技术
300M(40CrMnSi2Ni2MoVA)钢是典型的低合金超高强度钢，采用真空感应和真空自耗双联生产工艺，钢锭经过锻造加工后可以生产出不同尺寸规格的棒材。但此种钢材在其真空自耗重熔过程中，钢锭的结晶组织容易受到各种冶炼工艺参数的影响，如果冶炼参数出现大幅波动，钢锭的结晶组织也将随之而波动，在其后续加工锻造成材后，棒材的低倍组织就会出现A、B、C、D、E五个级别的低倍组织环形花样缺陷，且由A→E缺陷逐级严重，其中A、B为合格级别，C、D、E为不合格级别，进而严重影响了钢材质量。如果缺陷超出标准的要求，只能判定本批次棒材为废品，被迫返回重新进行冶炼铸锭。因此直至目前仍然缺少一种能够妥善消除棒材严重的低倍环形花样缺陷的有效方法。
发明内容
本发明针对目前300M钢出现低倍组织环形花样缺陷严重超出标准的情况，公开了一种消除这种严重缺陷的热处理方法，利用这种方法可以消除低倍环形花样的严重缺陷，实现合格交付并使用的目的。
本发明目的是通过以下技术方案实现的。对低倍组织存在有严重的环形花样的成品棒材，按照棒材的不同规格计算加热均匀化时间，进行奥氏体均匀化加热；在加热炉内经过奥氏体化后，再进行空冷，然后再经过一次同样的奥氏体化、空冷的过程之后对钢棒进行退火处理。经上述处理之后，造成环形花样的化学成分元素得到均匀扩散，其低倍组织环形花样的缺陷会得到不同程度的消除。
具体工艺步骤如下：
(1)将低倍组织存在C～E级环形花样缺陷的300M钢棒材置入加热炉内加热，入炉温度为室温，升温时间16h，加热至960℃，保温时间4～9h，对棒材进行正火处理，使之逐步达到奥氏体化。这里所说的加热炉可以是煤气加热炉也可以是电气加热炉；
(2)保温结束后，自炉中取出棒材实施空冷，使棒材温度稳定到室温；
(3)重复(1)、(2)工艺步骤；
(4)将二次空冷至室温的棒材重新装到加热炉内进行加热，其升温时间为13h，加热至680℃，对棒材进行退火处理，根据棒材直径的不同，保温15～40h；其中直径越大保温时间越长；
(5)保温结束后，炉内缓慢降温冷却20h，钢棒表面温度降到300℃以下，然后自炉中取出钢棒，直接进行空气冷却。
上述正火处理中的保温时间应以棒材透烧，即棒材心部达到要求的加热温度为准；同时与钢棒的成分、尺寸、装炉量有关，通常加热时间与钢棒的有效直径有关。正火保温时间可按以下经验公式进行计算：
(1)当装炉量在额定范围以内时，其保温时间t为：
t＝KD(单位为min)
其中D——钢棒的有效直径尺寸(单位为mm)
K——加热系数，一般K＝1.2～1.6min/mm
(2)当装炉量超出额定范围时，则根据实际情况，采用如下经验公式计算，适当延长保温时间。
t＝(3～4)+(0.2～0.5)Q(单位为h)
其中Q——表示装炉量(单位为吨)
Φ400mm：t400(保温)＝KD＝1.2min/mm×400mm＝480min＝8h
或t400(保温)＝(3～4)+(0.2～0.5)×10＝5～9h
Φ300mm：t300(保温)＝KD＝1.2min/mm×300mm＝360min＝6h
或t300(保温)＝(3～4)+(0.2～0.5)×10＝5～9(h)
退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下的温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近乎平衡状态组织的热处理工艺。其主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能并为淬火做好组织准备。
300M钢的AC1为748℃，在工厂中针对300M钢实际的锻造加工变形量，在冷却过程中表面和心部冷却速度不同造成了内外温差，所产生的残余应力较大，为了消除这种残余应力同时考虑其生产成本，采取低于AC1的温度的退火方式，为了便于组织生产，300M钢棒的退火温度采用680℃。其保温时间也是根据棒材的有效尺寸和装炉量决定的，钢的保温时间系数一般为6min/mm。去应力退火后冷却应尽量缓慢，以免产生新的应力。
Φ400mm：t(保温)＝6min/mm×400mm＝40(h)
Φ300mm：t(保温)＝6min/mm×300mm＝30(h)
本发明具有下列优点：
(1)采用本热处理方法：循环的热处理和退火工艺，操作简单可行。
(2)采用本热处理方法处理的成品钢棒组织均匀，消除了低倍组织环形花样的严重级别缺陷，减少废品的发生，大大提高了钢棒的交付合格率。
附图说明
图1为300MΦ＝400mm棒材热处理工艺曲线图；
图2为300MΦ＝400mm棒材热处理前环形花样E级照片图；
图3为300MΦ＝400mm棒材热处理前环形花样A级照片图；
图4为300MΦ＝300mm棒材热处理工艺曲线图；
图5为300MΦ＝300mm棒材热处理前环形花样D级照片图；
图6为300MΦ＝300mm棒材热处理后环形花样A级照片图；
图7为300MΦ＝105mm棒材热处理工艺曲线图；
图8为300MΦ＝105mm棒材热处理前环形花样C级照片图；
图9为300MΦ＝105mm棒材热处理后环形花样A级照片图；
图10为300MΦ＝50mm棒材热处理工艺曲线图；
图11为300MΦ＝50mm棒材热处理前环形花样C级照片图；
图12为300MΦ＝50mm棒材热处理后环形花样A级照片图。
具体实施方式
按照上述技术方案实施，提供以下四项优选实施例。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，其中所有炉子的气氛均为大气炉。
实施例1
300M钢，棒材规格为Φ＝400mm，如图1所示，300M钢棒材在电加热炉内加热，介子：空气，入炉温度：室温，升温时间：16h，加热至960℃进行奥氏体化，保温时间8h；保温结束后，棒材空冷，表面温度稳定到室温。重复上述工艺。然后将空冷至室温的棒材重新在加热炉内加热，升温时间13h，加热至680℃进行退火处理，保温40h；保温结束后在炉中冷却20h，然后直接进行空气冷却。
图2和图3是采用上述热处理工艺后300MΦ＝400mm棒材，环形花样从E级转变为A级的照片对比。处理后的300M棒材成功应用于飞机起落架。
实施例2
300M钢，棒材规格为Φ＝300mm，如图4所示，300M钢棒材在煤气加热炉内加热，介子：空气，入炉温度：室温，升温时间：16h，加热至960℃进行奥氏体化，保温时间6h；保温结束后，棒材空冷，表面温度稳定到室温。重复上述工艺。然后将空冷至室温的棒材重新在加热炉内加热，升温时间13h，加热至680℃进行退火处理，保温30h；保温结束，炉中冷却20h后直接进行空气冷却。
图5和图6是采用上述热处理工艺后300M∮＝300mm棒材，环形花样从D级转变为A级的照片对比。处理后的300M棒材成功应用于飞机起落架。
实施例3
300M钢，棒材规格为∮＝105mm，如图7所示，300M钢棒材在加热炉内加热，介子：空气，入炉温度：室温，升温时间：16h，加热至960℃进行奥氏体化，保温时间4h；保温结束后，棒材空冷，表面温度稳定到室温。重复上述工艺。然后将空冷至室温的棒材重新在加热炉内加热，升温时间13h，加热至680℃进行退火处理，保温20h，保温结束后炉中冷却20h，然后直接进行空气冷却。
图8和图9是采用上述热处理工艺后300MΦ＝105mm棒材，环形花样从C级转变为A级的照片对比。
实施例4
300M钢，棒材规格为Φ＝50mm，如图10所示，300M钢棒材在加热炉内加热，介子：空气，入炉温度：室温，升温时间：16h，加热至960℃进行奥氏体化，保温时间4h；保温结束后，棒材空冷，表面温度稳定到室温。重复上述工艺。然后将空冷至室温的棒材重新在加热炉内加热，升温时间13h，加热至680℃进行退火处理，保温15h；保温结束，炉中冷却20h后直接进行空气冷却。
图11和图12是采用上述热处理工艺后300MΦ＝50mm棒材，环形花样从C级转变为A级的照片对比。
Claims (3)
1.一种消除300M钢棒低倍组织环形花样缺陷的热处理方法，其特征在于采用如下的热处理工艺：
(1)将低倍组织存在C～E级环形花样缺陷的300M钢棒置入加热炉内加热，入炉温度为室温，升温时间16h，加热至960℃，保温时间4～9h，对钢棒进行正火处理，使之逐步达到奥氏体化；
(2)保温结束后，自炉中取出钢棒实施空冷，使钢棒温度稳定到室温；
(3)重复(1)、(2)工艺步骤；
(4)将二次空冷至室温的钢棒重新装到加热炉内进行加热，其升温时间为13～16h，加热至680℃，对钢棒进行退火处理，根据钢棒直径的不同，保温15～40h；其中直径越大保温时间越长；
(5)保温结束后，炉冷20h钢棒表面温度降到300℃以下，然后自炉中取出钢棒，直接进行空气冷却。
2.根据权利要求1所述的一种消除300M钢棒低倍组织环形花样缺陷的热处理方法，其特征是方法中所使用的加热炉是煤气加热炉或者是电加热炉。
3.根据权利要求1所述的一种消除300M钢棒低倍组织环形花样缺陷的热处理方法，其特征是方法中(1)的保温时间依据以下经验公式所确定：
(i)当装炉量在额定范围以内时，保温时间t：
t＝KD，单位为min
其中D——钢棒的有效直径尺寸，单位为mm
K——加热系数，一般K＝1.2～1.6min/mm
(ii)当装炉量超出额定范围时，采用如下经验公式计算，适当延长保温时间：
t＝(3～4)+(0.2～0.5)Q，单位为h
其中Q——表示装炉量，单位为吨。
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