CN106929656A - 一种34CrNiMo6大型锻件的调质处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种34CrNiMo6大型锻件的调质处理方法，用于处理厚度≥600mm、长度≥10000mm的大型锻件，包括以下步骤：第一步，淬火，将锻件进行淬火加热，淬火温度为870～880℃；第二步，冷却，采用水冷空冷交替方式对锻件进行冷却，最终冷却后表面温度控制在250℃以内；第三步，回火，升温至590±5℃回火保温。本方法可以有效防止水冷时发生锻件冷却开裂现象，并能获得最优冷速；工艺稳定，可靠性强，锻件性能满足考核要求；可以避免大型锻件采用油冷时容易发生淬火油燃烧现象，大大降低生产安全隐患。

Description

一种34CrNiMo6大型锻件的调质处理方法
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，具体涉及一种34CrNiMo6大型轴类件的调质处理方法。
背景技术
140MN自由锻造油压机所用拉杆材料为34CrNiMo6，零件尺寸为：Φ600×22940mm，净重为40650kg；锻件要求调质后Rm:800MPa～980MPa，Re≥650MPa，A5≥12％，Aku≥28J。锻件热处理尺寸为Φ690×23800mm，该材质锻件属超长超厚型锻件(厚度≥600mm、长度≥10000mm)。
34CrNiMo6为低合金高强度钢，其具有优良的综合力学性能，广泛用于制造发动机的凸轮轴及连杆等重要零件，加工性较差，一般用于风电产品。
目前关于34CrNiMo6材料热处理方法，多集中在风机主轴锻件的制造上。风机主轴尺寸小，主轴热处理时，一般采用水冷的方式进行冷却使锻件全壁厚淬透。但该方法不适用于超长超厚大型锻件的处理，以前述油压机的拉杆为例，拉杆热处理截面达690mm，调质重量达49吨，采用该方法水冷易导致材料开裂，锻件性能无法达到考核要求。
现有技术中对34CrNiMo6的大型轴类件的热处理方法，也有报道采用淬火后850℃左右油冷、580℃左右回火的工艺，适用于处理尺寸Φ120～200mm的锻件。但直接用于处理超长超厚大型锻件时，以前述油压机的拉杆为例，其厚度太大、长度超长，采用现有技术中的油冷方式，一方面，超长超厚大型锻件油冷效果差时间长，实际生产中发现不能保证锻件性能的稳定，锻件合格性偏低；另一方面，长达20多米的轴类件入油冷却过程中，工件、油及空气接触处容易发生淬火油燃烧现象，存在极大的生产安全隐患。
故，上述水冷和油冷的两种热处理方式用于超长超厚大型锻件的调质处理时都存在着明显的缺陷。因此，本领域亟需提供一种能解决上述缺陷的34CrNiMo6的超长超厚大型锻件的调质处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种34CrNiMo6大型锻件的调质处理方法，用于处理厚度≥600mm、长度≥10000mm的超长超厚大型锻件，可满足油压机拉杆锻件性能要求，并保证锻件性能的稳定、提高合格性、降低生产安全隐患。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种34CrNiMo6大型锻件的调质处理方法，用于处理厚度≥600mm、长度≥10000mm的大型锻件，包括以下步骤：
第一步，淬火，首先将粗加工的锻件进行淬火加热，淬火温度为870～880℃。
优选的，淬火保温时间按每100mm有效厚度1～2小时计算，有效厚度可根据锻件的具体形状尺寸计算获得。
优选的，加热方式采用中间阶梯加热方式，有助于减少加热过程中因锻件内外壁厚温差过大导致的热应力。
具体操作是，先将锻件室温放入热处理炉内，然后随炉功率升温至350～450℃等温2～4小时，然后以≤60℃/小时的速率升至650℃等温3～5小时，最后以较快的速度(≤80℃/小时)升温至淬火温度，然后进行保温。
第二步，冷却，淬火保温结束后，采用水冷空冷交替方式对锻件进行冷却，最终冷却后表面温度控制在250℃以内。采用水空循环方式可保证锻件淬火质量。
水冷空冷交替方式是，将锻件垂直吊出热处理炉，完全浸入水槽中冷却(5～15)分钟；然后将工件完全吊出水槽，在静止的空气中冷却(2～5)分钟；空冷结束后，继续将工件浸入水槽中冷却(5～10)分钟，然后出水空冷(2～4)分钟；空冷结束后继续水冷(5～10)分钟，然后空冷(1～3)分钟，最后水冷(5～15)分钟结束。
优选的，水冷空冷交替方式中，在水冷期间将工件串动一段时间。
更优选的，淬火保温加速后，将锻件吊出热处理炉，浸入水槽中冷却(5～15)分钟，期间串动(3～8)分钟；然后将工件吊出水槽，在静止的空气中冷却(2～5)分钟；继续将工件浸入水槽中冷却(5～10)分钟，期间串动(3～8)分钟，然后吊出水槽，在静止的空气中冷却(2～4)分钟；继续水冷(5～10)分钟，期间串动(3～8)分钟；然后吊出水槽，在静止的空气中冷却(1～3)分钟；最后水冷(5～15)分钟结束。
第三步，回火，冷却结束后，将锻件进行回火，升温至590±5℃保温。
优选的，回火保温时间按每100mm有效厚度3～4小时计算。
优选的，回火过程中也采用阶梯加热方式，以减少加热过程中产生的应力。
具体操作是，冷却结束后，将工件放入热处理炉内，在300～400℃温度下等温4小时，然后以≤40℃/小时的速率升温至590±5℃保温。保温结束后，出炉空冷。
本发明的调质处理方法主要适用于壁厚超厚(≥600mm)、长度超长(长度≥10000mm)特长类轴类件的调质，也可适用于在常规油冷方式下无法获得合格性能的壁厚较厚的其他形状的大型34CrNiMo6锻件。
本发明的调质处理方法的有益效果在于：
1.根据锻件较厚的特点以及油冷效果较差的现象，本发明选择了水作为介质，冷却效果较好。又对水冷工艺进行了改进，采用水冷空冷交替方式，通过短时水冷后及时采用在更缓和的环境(静止的空气)中冷却的方式，可以有效防止水冷时发生锻件冷却开裂现象，并能获得最优冷速。
2.本发明在加热过程中采用了阶梯加热方式对锻件进行加热，减少了大锻件因体积大、壁厚厚等形状尺寸因素产生的内外温差，进而降低了加热过程中的热应力，有利于防止锻件开裂。
3.本发明采用水冷空冷交替的方式，可以避免大型锻件采用油冷时容易发生淬火油燃烧现象，大大降低生产安全隐患，也消除了油冷所导致的环境污染问题。
4.本发明的工艺稳定，可靠性强，经过十多次超长超厚拉杆的调质热处理，未出现一例开裂事故，且性能结果均满足考核要求，且AKu性能相对于考核目标有很大的提高。
附图说明
图1为本发明的调质处理方法的流程图。
图2为图1中的水冷空冷交替方式的一实施例的具体步骤。
图3为本发明一实施例的具体流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以140MN自由锻造油压机拉杆调质为例，具体说明本发明的调质处理方法：
140MN自由锻造油压机拉杆的材料为34CrNiMo6，零件尺寸为：Φ600×22940mm，净重为40650kg；锻件要求调质后Rm:800MPa～980MPa，Re≥650Mpa，A5≥12％，Aku≥28J。锻件热处理尺寸为Φ690×23800mm。其具体的调质处理工艺如图3所示，具体的实施步骤为：
首先，将拉杆锻件放入热处理炉内，随炉功率升温至350～450℃等温2～4小时，等温结束后以≤60℃/小时的速率升至650℃等温3～5小时，然后以≤80℃/小时升温至870～880℃进行保温，保温时间为7～9小时。
然后，淬火保温结束后，将锻件垂直吊出热处理炉，完全浸入水槽中冷却(5～15)分钟，期间串动(3～8)分钟；然后将工件完全吊出水槽，在静止的空气中冷却(2～5)分钟；空冷结束后，继续将工件浸入水槽中冷却(5～10)分钟，期间串动(3～8)分钟，然后出水空冷(2～4)分钟；空冷结束后继续水冷(5～10)分钟，期间串动(3～8)分钟，然后空冷(1～3)分钟；最后水冷(5～15)分钟结束。
回火时，将工件放入热处理炉内，在300～400℃温度下等温3～5小时，然后以≤40℃/小时的速率升温至590±5℃保温，回火保温时间为22～26h，保温结束后，出炉空冷。
按此工艺调质后，锻件性能为：Rm：803MPa；Re：667MPa；A5：16.3％；Aku：165J，208J。满足零件设计要求。
利用本发明中公开的调质方法，我公司已成功实现了多批超长超厚拉杆的调质热处理，其中，拉杆尺寸直径均超过600mm，长度在20000～23800mm。具体数据见下表。
考核项目 Rm Re A5 Aku
考核值 800MPa～980MPa ≥650MPa ≥12％ ≥28J
实测值 (803～820)MPa (667～680)MPa (15～17)％ 均100J以上
上述对多批超长超厚拉杆的调质热处理过程很顺利，加热效果良好，淬火冷却过程进展良好。本发明的方法进行调质，性能稳定，可靠性强，未出现一例开裂事故，完全解决了现有技术中水冷方式用于超长超厚大型锻件处理极易开裂的缺陷；而且性能结果均满足考核要求，AKu性能均达100J以上，相对于考核目标有很大的提高；同时，采用水空冷交替冷却的方式替代以往油冷的方式，避免了大型锻件油冷时存在的安全隐患，消除了油冷所导致的环境污染问题。
综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种34CrNiMo6大型锻件的调质处理方法，用于处理厚度≥600mm、长度≥10000mm的大型锻件，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，淬火，将锻件进行淬火加热，淬火温度为870～880℃；
第二步，冷却，采用水冷空冷交替方式对锻件进行冷却，最终冷却后表面温度控制在250℃以内；
第三步，回火，升温至590±5℃回火保温。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步中，淬火保温时间按每100mm有效厚度1～2小时计算。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步中，加热方式采用中间阶梯加热方式。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一步中的中间阶梯加热方式是，先将锻件室温放入热处理炉内，然后升温至350～450℃等温2～4小时，然后以≤60℃/小时的速率升至650℃等温3～5小时，最后以≤80℃/小时的速率升温至淬火温度，然后进行保温。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步中，水冷空冷交替方式中，在水冷期间将工件进行串动。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步中，将锻件吊出热处理炉，浸入水槽中冷却5～15分钟；然后将工件吊出水槽，在静止的空气中冷却2～5分钟；继续将工件浸入水槽中冷却5～10分钟；然后吊出水槽，在静止的空气中冷却2～4分钟；继续水冷5～10分钟；然后吊出水槽，在静止的空气中冷却1～3分钟；最后水冷5～15分钟结束。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，回火保温时间按每100mm有效厚度3～4小时计算。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，加热方式采用中间阶梯加热方式。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三步中的中间阶梯加热方式是，将工件放入热处理炉内，在300～400℃温度下等温3～5小时，然后以≤40℃/小时的速率升温至590±5℃保温。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步的保温结束后，出炉空冷。
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