CN106011425A - 一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺 - Google Patents

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苑希现
王宁涛
张鹏
田新中
张治广
陈继林
孔令波
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刘超
王利军
冯忠贤
黄翠环
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    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/25—Hardening, combined with annealing between 300 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, i.e. heat refining ("Vergüten")

Abstract

本发明公开了一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，包括下述步骤：A、将紧固紧固件置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至880‑930℃,同时通入RX气体，保温0.5‑1.5h；B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的淬火油中，将紧固件排放整齐，在淬火油中保持20‑30s；C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理；D、表面处理：经过回火的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行发黑处理。本发明通过对低合金耐热钢的调质工艺进行优化，并严格控制工艺过程，经过核实的淬火+回火处理，得到塑性和韧性良好的紧固件。

Description

一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺
技术领域
本发明涉及一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，属于金属材料的热处理技术领域。
背景技术
耐热钢紧固件所用的原材料一般为耐热钢系列化学成份：C:0.35-0.50%，Mn:0.4-1.0%，Cr:0.8-1.50%，Mo:0.50-0.90%，V:0.20-0.40%，添加少量的Si和Ni，其他为Fe和不可避免的杂质。该类钢种含有Mo和V元素，具有较好的耐热性，一般用于500-600℃温度下服役。比如45CrMoV，40CrMoV，或SNB16均属于该类钢种。由于该类钢种含有的合金元素很多，尤其含有较高的Mo和V元素，其热处理工艺和一般的合金钢有很大的区别，采用普通的热处理工艺，不能很好的发挥合金元素的作用。因为Mo和V在高温下才析出碳化物的元素，在普通回火温度下回火时，Mo和V等大量固溶，使得强度居高不下，而塑性和韧性不能得到改善。所以，对于耐热钢来说合适的调质工艺非常重要。
专利申请号201110187176.9涉及一种高强度螺栓的热处理工艺，该工艺在热处理淬火加热保温后采用水淬油冷双液淬火冷却方式，但是双液淬火的双液转换时机难以把握，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。专利申请号201410490935.2公开了一种高强度预应力螺栓的制作方法，采用真空炉进行热处理，淬火温度为860℃，第一次高温回火温度为560℃，第二次回火温度为500℃。其回火温度低，不适合所有耐热钢的热处理。专利申请号200710179678.0公开了一种40Cr或是42CrMo的热处理工艺，温度范围为：840-880℃加热，保温时间120-270分钟，淬火介质为质量百分比浓度2.0-85的氯化钠盐水。但使用盐水淬火，对于耐热钢来说容易发生淬裂。
发明内容
本发明提供一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，通过对低合金耐热钢的调质工艺进行优化，并严格控制工艺过程，经过核实的淬火+回火处理，得到塑性和韧性良好的紧固件。
本发明所采取的技术方案是：
一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，包括下述步骤：
A、将紧固紧固件置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至880-930℃,同时通入RX气体，保持合适的碳势，保温0.5-1.5h；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的淬火油中，将紧固件排放整齐，在淬火油中保持20-30s；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理；回火温度为660-750℃，回火时间为0.5-1h；
D、表面处理：经过回火的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行发黑处理。
其中，步骤A中，首先向热处理炉中充入氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至880℃以上时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体。
优选的，步骤A中，热处理炉带有自动淬火和气氛保护功能。
优选的，步骤B中，淬火油带有循环冷却。淬火油应当是经过良好冷却循环的，保证油温不超过80℃，且紧固件的数量不应过多或过少。
优选的，紧固件线材的材质为中碳CrMoV钢。
进一步优选的，紧固件为螺栓。
步骤A中使用的氮气为纯度99.99%的工业氮气。
本发明通过调整低合金耐热钢的调质工艺，来达到增加塑性和韧性的目的。
低合金耐热钢属于中碳合金钢，这种钢在奥氏体化时非常容易发生脱碳，使用一般网带炉或是普通箱式炉，在温度超过880℃时，该钢种会出现全脱碳层，经过一段时间的保温，脱碳层甚至达到毫米级别，所以该钢种奥氏体化时的防脱碳非常重要。另外该钢种作为合金钢，其奥氏体化需要的时间也比普通碳钢要长，其需要合金元素的固溶，所以奥氏体化时间非常关键。
根据图1的低合金耐热钢cct曲线可知，低合金耐热钢在奥氏体化后的冷却时非常容易得到贝氏体组织，淬火速度稍慢就会得到贝氏体组织，所以该类钢种淬火时速度一定要快。必须在尽量短的时间内淬火，否则产生较多的贝氏体，无法保证产品性能。
该类钢种的回火温度也是一个难题，如果回火温度较低，回火时组织恢复不充分，强度很高，但伸长率较低，塑性差，无法使用。如果回火温度过高，碳化物大量析出，钢种的组织复杂，塑性好但强度急剧降低，极大的损害其使用性能。对于此种钢种，回火温度的范围较窄。
本发明是针对线材改制企业对高强度耐热钢中碳CrMoV钢的调质处理工艺，经过合适的回火处理后，中碳CrMoV钢可以得到10.9级螺栓的要求。GB/T3098.1-2000中规定的10.9级螺栓公称抗拉强度为1000MPa，最小断面伸长率为10%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明通过对低合金耐热钢的调质工艺进行优化，并严格控制工艺过程，经过合适的淬火+回火处理，得到塑性和韧性良好的紧固件。
在保证产品质量前提下，调整热处理工艺，使低合金耐热钢紧固件能够满足10.9级性能的要求，且能够满足在500-600℃范围内的热环境下服役。
附图说明
图1为低合金耐热钢cct曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1
本实施例中紧固件为规格为M5的螺栓，材质45CrMoV。热处理工艺为：
A、将紧固件置于热处理炉中，热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至890℃时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体，保持合适的碳势，保温0.5 h；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的带有循环冷却的油中，紧固件应当排放整齐，为了较好的冷却效果，紧固件应当在油中保持20s时间；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理。回火温度为685℃，回火时间为45min；
D、表面处理：经过调质工艺的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行余热发黑处理。
经过调质后的螺栓，组织为回火索氏体，部分贝氏体，抗拉强度1058Mpa，伸长率17.0%（5倍标距）。
实施例2
本实施例中紧固件为规格为M15的螺栓,材质45CrMoV。热处理工艺为：
A、将紧固件置于热处理炉中，热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至900℃时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体，保持合适的碳势，保温45min；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的带有循环冷却的油中，紧固件应当排放整齐，为了较好的冷却效果，紧固件应当在油中保持20s时间；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理。回火温度为695℃，回火时间为1h；
D、表面处理：经过调质工艺的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行余热发黑处理。
经过调质后的螺栓，组织为回火索氏体，部分贝氏体，抗拉强度1061Mpa，伸长率18.0%（5倍标距）。
实施例3
本实施例中紧固件为规格为M20的螺栓，材质40CrMoV。热处理工艺为：
A、将紧固件置于热处理炉中，热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至910℃时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体，保持合适的碳势，保温45min；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的带有循环冷却的油中，紧固件应当排放整齐，为了较好的冷却效果，紧固件应当在油中保持25s时间；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理。回火温度为710℃，回火时间为1h；
D、表面处理：经过调质工艺的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行余热发黑处理。
经过调质后的螺栓，组织为回火索氏体，部分贝氏体，抗拉强度1035Mpa，伸长率18.5%（5倍标距）。
实施例4
本实施例中紧固件为规格为M26的螺栓,材质为SNB16。热处理工艺为：
A、将紧固件置于热处理炉中，热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至925℃时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体，保持合适的碳势，保温70min；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的带有循环冷却的油中，紧固件应当排放整齐，为了较好的冷却效果，紧固件应当在油中保持20s时间；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理。回火温度为660℃，回火时间为1h；
D、表面处理：经过调质工艺的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行余热发黑处理。
经过调质后的螺栓，组织为回火索氏体，部分贝氏体，抗拉强度1032Mpa，伸长率19.0%（5倍标距）。
实施例5
本实施例中紧固件为规格为M20的螺栓,材质45CrMoV。热处理工艺为：
A、将紧固件置于热处理炉中，热处理炉中充入纯度为99.99%的工业氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至930℃时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体，保持合适的碳势，保温1.5h；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的带有循环冷却的油中，紧固件应当排放整齐，为了较好的冷却效果，紧固件应当在油中保持30s时间；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理。回火温度为750℃，回火时间为30min；
D、表面处理：经过调质工艺的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行余热发黑处理。
经过调质后的螺栓，组织为回火索氏体，部分贝氏体，抗拉强度1022Mpa，伸长率18.5%（5倍标距）。

Claims (6)

1.一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，其特征在于：包括下述步骤
A、将紧固紧固件置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至880-930℃,同时通入RX气体，保温0.5-1.5h；
B、冷却：保温完成后的紧固件在10s内放入50℃的淬火油中，将紧固件排放整齐，在淬火油中保持20-30s；
C、回火：淬火后的紧固件，经过水洗，洗净淬火油后进行回火处理；回火温度为660-750℃，回火时间为0.5-1h；
D、表面处理：经过回火的紧固件放入发黑液中10s，利用回火余热进行发黑处理。
2.根据权利要求１所述的一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，其特征在于所述步骤A中，首先向热处理炉中充入氮气，当炉内温度升温至630℃时，通入的保护气氛将改为持续氮气+RX气体，当炉内温度升温至880℃以上时，关闭工业氮气，只向热处理炉中充入RX气体。
3.根据权利要求1所述的一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，其特征在于：所述步骤A中热处理炉带有自动淬火和气氛保护功能。
4.根据权利要求1所述的一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，其特征在于：所述步骤B中，淬火油带有循环冷却。
5.根据权利要求1所述的一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，其特征在于：所述紧固件线材的材质为中碳CrMoV钢。
6.根据权利要求1或5所述的一种低合金耐热钢紧固件的调质处理工艺，其特征在于：所述紧固件为螺栓。
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