CN105821371B - 一种具有硬度梯度分布的钎具钢xgq25的热处理工艺 - Google Patents

一种具有硬度梯度分布的钎具钢xgq25的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺，可实现渗碳后钎具由表面到基体具有合理的硬度梯度分布。该工艺包括以下步骤：将渗碳后的钎具在800℃±10℃淬火保温60分钟，保温完成后分三段进行冷却，首先采用油冷至400℃±10℃，随后随炉冷却至200℃，冷速0.05～0.1℃/s，而后在200℃以下空冷至室温。然后在200℃回火保温120分钟，保温完成后空冷至室温。通过该工艺的实施，使得渗碳后钎具形成表面高硬度的高碳马氏体组织(HV640～660)、心部高韧性的下贝氏体组织(无缺口冲击功115～120J)及较宽过渡层(宽度0.5～1.0mm)的下贝氏体和低碳马氏体复相组织，获得钎具强韧性良好匹配，从而有效的提高了钎具的使用寿命。

Description

一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺
技术领域
本发明属于金属材料领域，是一种钎具用材料XGQ25钢，具体涉及一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺。
背景技术
随着我国矿产资源的开采利用、能源领域的建设发展，基础工程设施日趋完备，道路交通不断完善，使得凿岩钻探用钎钻具的需求呈现上升趋势。钎钻具在服役过程中要持续承受抗压、扭转、弯曲循环应力，以及约2000～9000次/min的高频冲击，每次的冲击能量25～500J。钎具工作时主要的失效形式有杆体磨损、变形、断裂失效及钎头硬质合金的脱落，塑性变形、应力疲劳以及腐蚀断裂等。目前，钎杆材料的凿岩寿命短的在几十米，长的在几百米或上千米，钎头寿命只有十几米到几十米。
钎具钢是世界上服役条件和工作环境都较为恶劣的钢种之一。这对用于制作钎具钢的材料的性能提出了极高的要求。首先应当具有良好的强韧性配合，以提高它的抗冲击能力。而材料的性能由其化学成分、组织结构以及状态所决定的，所以，在合金元素合理配置的基础上，正确选择热处理工艺，是实现钎具内部组织结构及状态的控制，实现高寿命的关键。
由于钎具特殊的工作环境，要求钎具表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有高的韧性；同时钎具渗碳后从表面到心部的硬度呈现平缓的过渡，以实现外强内韧的良好匹配。目前，对于钎具用材料XGQ25，目前，国内多数的钎具企业在使用该钢种的过程中，淬火保温完成后，一般采用油淬、空冷、等温盐浴淬火等方式，这些热处理方式无法实现钎具表面到心部硬度的平缓过渡，难以获得渗碳后钎具外强内韧的良好匹配，导致目前国内钎具寿命普遍较短。本发明就是一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺，采用该工艺后，可以实现渗碳后钎具表面高硬度和心部高韧性，并实现钎具从表到内硬度的最佳匹配过渡。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺，通过该工艺的实施，使得渗碳后钎具获得从表面到心部硬度梯度的平缓过渡，以实现强韧性的良好匹配，从而有效的提高了钎具的使用寿命。
本发明技术方案是：一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺，具体包括步骤：
步骤1：渗碳工艺：钎具采用热轧XGQ25钢棒，置于930℃±10℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗碳剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2％时渗碳3h；随后将碳势调整为1.0％保温3h；渗碳完成后随炉冷却到850℃，保温30min，油淬至室温；
步骤2：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在650℃±10℃高温回火，保温60min，空冷，随后按尺寸要求进行精加工；
步骤3：淬火处理：在温度为800℃±10下保温60分钟，而后油淬至400℃±10℃，再以0.05～0.1℃/s的冷速冷却到200℃，而后在200℃以下空冷；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟后空冷。
2、进一步，所述步骤3：淬火处理：将精加工后钎具置于保护气体下，在温度为800℃±10下保温60分钟进行淬火，油淬至400℃±10℃，再以0.05～0.1℃/s的冷速冷却到200℃，而后在200℃以下空冷；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟；其中，所述保护气体包括氮气、氩气或氦气。渗碳后钎具形成表面高硬度的高碳马氏体组织(HV640～660)、心部高韧性的下贝氏体组织(无缺口冲击功115～120J)；过渡层为下贝氏体和低碳马氏体的复相组织，过渡层宽度0.5～1.0mm，获得钎具强韧性良好匹配。
本发明的有益效果是：使得渗碳后钎具从表面到心部硬度梯度的平缓过渡，以实现强韧性的良好匹配，从而有效的提高了钎具的使用寿命。
1、分段连续冷却阶段，第一段油冷，冷却冷速≥0.5℃/s，可以避免渗碳层与基体发生相变，且抑制渗碳层发生脱碳。
2、分段连续冷却中发生相变的关键温度区间400～200℃范围内，采用0.05～0.1℃/s的冷速冷却，使得基体与过渡区分别发生下贝氏体转变。
3、200℃以下空冷，表层渗碳层发生马氏体转变，形成高硬度马氏体。
附图说明
图1是实施例热处理后过渡区典型的显微组织：(a)表面；(b)过渡层；(c)基体；
图2是对比例热处理后过渡区典型的显微组织：(a)表面；(b)过渡层；(c)基体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：
采用热轧XGQ25钢棒(化学成分为C:0.24-0.26％、Si:1.62-1.72％、Mn:1.45-1.55％、Cr:0.32-0.38％、Ni:1.46-1.55％、Mo:0.63-0.68％、V:0.10-0.12％、P:≤0.015％、S:≤0.008％)进行粗机加工，粗机加工完成后进行如下操作：
步骤1：渗碳工艺：钎具采用热轧XGQ25钢棒，置于930℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗碳剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2％时渗碳3h；随后将碳势调整为1.0％保温3h；渗碳完成后随炉冷却到850℃，保温30min，油淬至室温；
步骤2：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在650℃高温回火，保温60min，空冷，随后按尺寸要求进行精加工；
步骤3：淬火处理：在温度为800℃下保温60分钟，而后油淬至400℃，再以0.05～0.1℃/s的冷速冷却到200℃，而后在200℃以下空冷；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟后空冷。对热处理后钎具的力学性能进行测试，测试结果如表1所示。对钎具从表到里显微组织进行观察，如图1所示，表面为高碳马氏体，基体为下贝氏体，过渡层为下贝氏体和低碳马氏体的复相组织。
实施例2：
采用热轧XGQ25钢棒(化学成分为C:0.24-0.26％、Si:1.62-1.72％、Mn:1.45-1.55％、Cr:0.32-0.38％、Ni:1.46-1.55％、Mo:0.63-0.68％、V:0.10-0.12％、P:≤0.015％、S:≤0.008％)进行粗加工，粗加工完成后进行如下操作：
步骤1：渗碳工艺：钎具采用热轧XGQ25钢棒，置于940℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗碳剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2％时渗碳3h；随后将碳势调整为1.0％保温3h；渗碳完成后随炉冷却到850℃，保温30min，油淬至室温；
步骤2：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在650℃高温回火，保温60min，空冷，随后按尺寸要求进行精加工；
步骤3：淬火处理：在温度为800℃下保温60分钟，而后油淬至410℃，再以0.05～0.1℃/s的冷速冷却到200℃，而后在200℃以下空冷；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟后空冷。对热处理后钎具的力学性能进行测试，测试结果如表1所示。
实施例3：
采用热轧XGQ25钢棒(化学成分为C:0.24-0.26％、Si:1.62-1.72％、Mn:1.45-1.55％、Cr:0.32-0.38％、Ni:1.46-1.55％、Mo:0.63-0.68％、V:0.10-0.12％、P:≤0.015％、S:≤0.008％)进行粗加工，粗加工完成后进行如下操作：
步骤1：渗碳工艺：钎具采用热轧XGQ25钢棒，置于930℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗碳剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2％时渗碳3h；随后将碳势调整为1.0％保温3h；渗碳完成后随炉冷却到850℃，保温30min，油淬至室温；
步骤2：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在650℃高温回火，保温60min，空冷，随后按尺寸要求进行精加工；
步骤3：淬火处理：在温度为810℃下保温60分钟，而后油淬至390℃，再以0.05～0.1℃/s的冷速冷却到200℃，而后在200℃以下空冷；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟后空冷。对热处理后钎具的力学性能进行测试，测试结果如表1所示。
对比例：
采用热轧XGQ25钢棒(化学成分为C:0.24-0.26％、Si:1.62-1.72％、Mn:1.45-1.55％、Cr:0.32-0.38％、Ni:1.46-1.55％、Mo:0.63-0.68％、V:0.10-0.12％、P:≤0.015％、S:≤0.008％)进行粗加工，粗加工完成后进行如下操作：
步骤1：渗碳工艺：钎具采用热轧XGQ25钢棒，置于930℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗碳剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2％时渗碳3h；随后将碳势调整为1.0％保温3h；渗碳完成后随炉冷却到850℃，保温30min，油淬至室温；
步骤2：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在650℃高温回火，保温60min，空冷，随后按尺寸要求进行精加工；
步骤3：淬火处理：在温度为840℃下保温60分钟，而后直接油淬至室温；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟后空冷。对热处理后钎具的力学性能进行测试，测试结果如表1所示。对钎具从表到里显微组织进行观察，如图2所示，表面为高碳马氏体，基体为低碳马氏体。
上面的实施例均能达到权利书要求。
表1 实施例热处理后的力学性能
实施例 表面硬度，HV 基体硬度，HV 基体无缺口冲击功，J 过渡层深度，mm
1 656 350 118 0.9
2 650 356 120 0.8
3 648 348 120 0.8
对比例 675 470 50 无过渡层

Claims (1)

1.一种具有硬度梯度分布的钎具钢XGQ25的热处理工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1：渗碳工艺：钎具采用热轧XGQ25钢棒，置于930℃±10℃的多功能渗碳炉内进行渗碳，渗碳剂为煤油，渗碳过程分两段进行：碳势控制为1.2％时渗碳3h；随后将碳势调整为1.0％保温3h；渗碳完成后随炉冷却到850℃，保温30min，油淬至室温；
步骤2：将经上述步骤渗碳完成后的钎具在650℃±10℃高温回火，保温60min，空冷，随后按尺寸要求进行精加工；
步骤3：淬火处理、低温回火；
所述步骤3所述的淬火处理是将精加工后钎具置于保护气体下，在温度为800℃±10下保温60分钟进行淬火，油淬至400℃±10℃，再以0.05～0.1℃/s的冷速冷却到200℃，而后在200℃以下空冷；然后进行低温回火工艺：回火温度200℃，回火保温120分钟后空冷；其中，所述保护气体包括氮气、氩气或氦气；渗碳后钎具形成表面高硬度的高碳马氏体组织、心部高韧性的下贝氏体组织，表面HV640～660，心部无缺口冲击功115～120J；过渡层为下贝氏体和低碳马氏体的复相组织，过渡层宽度0.5～1.0mm，获得钎具强韧性良好匹配。
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