CN106521402A - 一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法 - Google Patents

一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，该方法包括以下步骤：凿岩钎杆整体渗碳、凿岩钎杆整体高温回火、凿岩钎杆整体二次风冷淬火、凿岩钎杆整体低温回火。本发明能够在钎杆表面层形成渗碳层组织，渗层深度达到 1.2‑1.6mm，表面层含碳量达到0.77‑0.83%，表面硬度达到 54‑58HRC，心部硬度达到38‑45HRC，显著提高了凿岩钎杆的疲劳寿命、耐磨性能、表面硬度、心部硬度等关键技术指标，使23CrNi3MoA钢的金相组织得到显著改善，产品质量得到显著提高，钎杆平均单根凿岩进尺寿命由300m～800m延长到1500m～2500m，有效避免了钎杆在使用过程中脆性破损频繁、钎杆螺纹损坏严重，疲劳寿命短的缺陷，同时利用风冷淬火工艺，节约了能源，降低了成本，具有显著的经济和实用价值。

Description

一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法
技术领域
本发明属于钎具热处理技术领域，具体涉及一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法。
背景技术
凿岩钎杆在钻凿过程中承受着高频率、高冲击功率凿岩机施加的拉压、弯曲、扭转循环应力作用，同时承受着巨大的冲击载荷。另外，钎杆具在高速回转、碰撞的环境条件下还经受岩石、岩粉和矿水等工作介质的腐蚀和磨蚀作用，因此，钎杆的服役条件十分恶劣，目前国产钎杆的使用寿命较短，有的甚至使用几百米就失效，因此钎杆的工作环境复杂，质量要求高。凿岩钎杆在热处理过程的好坏直接影响钎杆质量的优劣，严重影响了使用效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种能显著提高使用寿命、耐磨性能、表面硬度、心部硬度等关键技术指标的23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，该方法包括以下步骤：
A、凿岩钎杆整体渗碳：将23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入保护气体，780℃时开始通入稀释剂，炉内温度到达850℃时开始通入渗碳剂，控制碳势和温度，当炉温升至 920℃且碳势为1.2%时进入强渗阶段，保温3-5小时；而后控制碳势为0.8%时进入扩散阶段，保温2-3小时，随后降低炉温至 850℃，保温1小时，然后凿岩钎杆出炉风能淬火；
B、凿岩钎杆整体高温回火：将深井式炉加热到680℃时，将经过步骤A处理后的凿岩钎杆放入炉内，炉内进行氮气、甲醇保护，到温后保温2小时，然后降低炉内温度至500℃时凿岩钎杆出炉空冷；
C、凿岩钎杆整体二次风冷淬火：将经过步骤B处理后的凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入保护气体，780℃时开始通入稀释剂，炉内温度到达850℃时开始通入渗碳剂，控制碳势和温度，当炉温升至850℃且碳势为0.8%时，保温2小时，而后凿岩钎杆出炉风能淬火；
D、凿岩钎杆整体低温回火：将深井式炉加热到210℃时，将经过步骤C处理后的凿岩钎杆放入炉内，到温后保温2小时，凿岩钎杆出炉空冷。
进一步地，所述步骤A中保护气体为氮气，稀释剂为甲醇，渗碳剂为丙烷。
进一步地，所述步骤A中利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度。
进一步地，所述步骤C中利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度。
进一步地，所述步骤C中保护气体为氮气，稀释剂为甲醇，渗碳剂为丙烷。
进一步地，所述凿岩钎杆为H28、H32、H35、￠32、￠38、￠45、￠51凿岩用钎杆。
本发明相对现有技术具有以下有益效果：本发明的23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法包括以下步骤：凿岩钎杆整体渗碳、凿岩钎杆整体高温回火、凿岩钎杆整体二次风冷淬火、凿岩钎杆整体低温回火，本发明能够在钎杆表面层形成渗碳层组织，渗层深度达到 1.2-1.6mm，表面层含碳量达到0.77-0.83%，表面硬度达到 54-58HRC，心部硬度达到38-45HRC，显著提高了凿岩钎杆的疲劳寿命、耐磨性能、表面硬度、心部硬度等关键技术指标，使23CrNi3MoA钢的金相组织得到显著改善，产品质量得到显著提高，钎杆平均单根凿岩进尺寿命由300m～800m延长到1500m～2500m，明显延长了凿岩钎杆的使用寿命，实现了凿岩钎杆使用寿命的历史性跨越，有效避免了钎杆在使用过程中脆性破损频繁、钎杆螺纹损坏严重，疲劳寿命短的缺陷，同时利用风冷淬火工艺，节约了能源 ，降低了成本，具有显著的经济和实用价值。
附图说明
图 1 为本发明的整体渗碳工艺曲线图；
图2为本发明的整体高温回火工艺曲线图；
图3为本发明的整体二次风冷淬火工艺曲线图；
图4为本发明的整体低温回火工艺曲线图；
图5为本发明的渗层组织金相图；
图6为本发明的基体组织金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
23CrNi3MoA钢按重量百分比计，主要成分为C 0.20～0.26％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.50～0.90％、Cr 1.15～1.45％、Ni 2.75 ～ 3.25％、Mo 0.20 ～ 0.30％、P ≤0.025％、S ≤ 0.025％、Cu ≤ 0.02％。
实施例1
将型号为R28/32-4300、材质为23CrNi3MoA的H28中空钢凿岩钎杆加工成型后进行如下操作：
1、凿岩钎杆整体渗碳：将凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，以氮气为保护气体、甲醇为稀释剂、丙烷为渗碳剂，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入氮气，780℃时开始通入甲醇，炉内温度到达850℃时开始通入丙烷，利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度，渗碳包含强渗、扩散两个阶段，当炉温升至 920℃且碳势为1.2%时进入强渗阶段，保温3小时；而后降低丙烷滴量控制碳势为0.8%时进入扩散阶段，保温2小时，随后降低炉温至 850℃，保温1小时，然后凿岩钎杆出炉风能淬火。
2、凿岩钎杆整体高温回火：将深井式炉加热到680℃时，将经过步骤1处理后的凿岩钎杆放入炉内，炉内充氮气、滴甲醇保护，到温后保温2小时，然后降低炉内温度至500℃时凿岩钎杆出炉空冷。
3、凿岩钎杆整体二次风冷淬火：将经过步骤2处理后的凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，以氮气为保护气体、甲醇为稀释剂、丙烷为渗碳剂，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入氮气，780℃时开始通入甲醇，炉内温度到达850℃时开始通入丙烷，利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度，当炉温升至850℃且碳势为0.8%时，保温2小时，而后凿岩钎杆出炉风能淬火。
4、凿岩钎杆整体低温回火：将深井式炉加热到210℃时，将经过步骤3处理后的凿岩钎杆放入炉内，到温后保温2小时，凿岩钎杆出炉空冷。
回火后对组织进行检测，凿岩钎杆金相组织均匀，渗碳层深度达到 1.2mm，表面层含碳量达到0.77%，表面硬度达到 54HRC，心部硬度达到38HRC。
实施例2
将型号为T51-3660材质为23CrNi3MoA的￠51中空钢凿岩钎杆加工成型后进行如下操作：
1、凿岩钎杆整体渗碳：将凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，以氮气为保护气体、甲醇为稀释剂、丙烷为渗碳剂，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入氮气，780℃时开始通入甲醇，炉内温度到达850℃时开始通入丙烷，利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度，渗碳包含强渗、扩散两个阶段，当炉温升至 920℃且碳势为1.2%时进入强渗阶段，保温5小时；而后降低丙烷滴量控制碳势为0.8%时进入扩散阶段，保温3小时，随后降低炉温至 850℃，保温1小时，然后凿岩钎杆出炉风能淬火。
2、凿岩钎杆整体高温回火：将深井式炉加热到680℃时，将经过步骤1处理后的凿岩钎杆放入炉内，炉内充氮气、滴甲醇保护，到温后保温2小时，然后降低炉内温度至500℃时凿岩钎杆出炉空冷。
3、凿岩钎杆整体二次风冷淬火：将经过步骤2处理后的凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，以氮气为保护气体、甲醇为稀释剂、丙烷为渗碳剂，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入氮气，780℃时开始通入甲醇，炉内温度到达850℃时开始通入丙烷，利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度，当炉温升至850℃且碳势为0.8%时，保温2小时，而后凿岩钎杆出炉风能淬火。
4、凿岩钎杆整体低温回火：将深井式炉加热到210℃时，将经过步骤3处理后的凿岩钎杆放入炉内，到温后保温2小时，凿岩钎杆出炉空冷。
回火后对组织进行检测，凿岩钎杆金相组织均匀，渗碳层深度达到 1.6mm，表面层含碳量达到0.83%，表面硬度达到 58HRC，心部硬度达到45HRC。
本发明的热处理方法还可以用于对H32、H35、￠38、￠45、￠51凿岩用钎杆进行处理。

Claims (6)

1.一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
A、凿岩钎杆整体渗碳：将23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入保护气体，780℃时开始通入稀释剂，炉内温度到达850℃时开始通入渗碳剂，控制碳势和温度，当炉温升至 920℃且碳势为1.2%时进入强渗阶段，保温3-5小时；而后控制碳势为0.8%时进入扩散阶段，保温2-3小时，随后降低炉温至 850℃，保温1小时，然后凿岩钎杆出炉风能淬火；
B、凿岩钎杆整体高温回火：将深井式炉加热到680℃时，将经过步骤A处理后的凿岩钎杆放入炉内，炉内进行氮气、甲醇保护，到温后保温2小时，然后降低炉内温度至500℃时凿岩钎杆出炉空冷；
C、凿岩钎杆整体二次风冷淬火：将经过步骤B处理后的凿岩钎杆加热到850℃时装入井式渗碳炉中，当井式渗碳炉炉内温度到达500℃开始通入保护气体，780℃时开始通入稀释剂，炉内温度到达850℃时开始通入渗碳剂，控制碳势和温度，当炉温升至850℃且碳势为0.8%时，保温2小时，而后凿岩钎杆出炉风能淬火；
D、凿岩钎杆整体低温回火：将深井式炉加热到210℃时，将经过步骤C处理后的凿岩钎杆放入炉内，到温后保温2小时，凿岩钎杆出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，其特征在于：所述步骤A中保护气体为氮气，稀释剂为甲醇，渗碳剂为丙烷。
3.根据权利要求1所述的一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，其特征在于：所述步骤A中利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度。
4.根据权利要求1所述的一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，其特征在于：所述步骤C中利用红外线或氧探头控制碳势，利用热电偶控制温度。
5.根据权利要求1所述的一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，其特征在于：所述步骤C中保护气体为氮气，稀释剂为甲醇，渗碳剂为丙烷。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种23CrNi3MoA中空钢凿岩钎杆整体热处理方法，其特征在于：所述凿岩钎杆为H28、H32、H35、￠32、￠38、￠45、￠51凿岩用钎杆。
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