CN109082509B - 一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法及潜孔钻头 - Google Patents

一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法及潜孔钻头 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，将钢材原料熔炼成钢包水浇注到钢锭成型模内，成型圆钢钢锭；将圆钢钢锭在600℃～650℃条件下锻造镦粗，冷却至250℃～300℃时马上放进退火炉内退火；锻造后的圆钢拔长形成一端大一端小的潜孔钻头毛坯，然后将潜孔钻头毛坯加热后放入潜孔钻头锻造模内锻造成型；锻造成型的潜孔钻头进行两次正火，而后回火；经两次正火的潜孔钻头，在850℃～870℃条件下淬火1～2小时，然后油冷至常温；再中温回火，自然冷却至常温。本发明还公开的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头。通过本发明的选材与锻造工艺，使得所制造的高风压潜孔钻头具有良好力学性能及可塑性；通过拔镦锻造工艺，使钻头的纵横向性能异向性减小；获得完美的锻造流线分布。

Description

一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法及潜孔钻头
技术领域
本发明涉及钻头热处理技术领域，更为具体地说，涉及一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，以及用该热处理方法加工制造的高风压潜孔钻头，该钻头主要用于建筑、道路、矿山、隧道等工程施工中凿碎岩石、开凿爆破钻孔等。
背景技术
高风压潜孔钻头被广泛地应用于矿山、水电站、港口、道路以及隧道等工程建设中的爆破项目，用于凿碎岩石、土方、开凿爆破钻孔等。潜孔钻头在使用过程中具有高冲击、耐磨性强及回转速度快等特点，大型高风压潜孔钻头使用的压力更高，所以对钻头的韧性、耐磨性及硬度要求都很高。
目前，高风压潜孔钻头一般是使用特别的钢材制作，采用渗碳淬火以及低温回火的热处理工艺，使得钻头的含碳量偏高，在高强度情况下钻头的韧塑性偏低。随着工程实施速度要求加快、钻孔效率要求增高，对环境保护要求越来越严格，现有的高风压潜孔钻头已明显不能满足工程要求。
可见，发明一种具有良好力学性能及可塑性的高风压潜孔钻头，以及这样的高风压潜孔钻头的热处理方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，以及用该热处理方法制造的高风压潜孔钻头，具有良好力学性能及可塑性，适用于建筑、道路、矿山、隧道等工程施工中凿碎岩石、开凿爆破钻孔等。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：
S1，钢锭成型：将预先选定的钢材原料熔炼成钢包水，将钢锭成型模内表面清理清洁，在钢锭成型模内距成型模底部15mm～25mm处悬挂保护渣，然后将钢水浇注到钢锭成型模内，浇注时控制钢水温度为1550℃～1570℃，成型的圆钢钢锭冷却至300℃以下脱模。
由本发明目的对潜孔钻头的韧性、耐磨性及硬度要求都很高，因此选择一种能满足这些要求的材料很重要，经实验证明，40CrNi2MoV符合制造这种潜孔钻头的要求，它是在优质碳素结构钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素而制成的钢种，具有良好的力学性能及可塑性，通过新型的工艺达到满足使用的要求。
并且，对钢材原料在选择以及熔炼之前有特别的要求。禁止使用潮湿、生锈严重的铁屑、废钢；外购废钢必须查清其来源，以确认废钢质量等级；禁止加入含耐火材料的残钢。对辅助材料的质量要求是：造渣材料、合金等在使用前必须严格按要求烘烤；选用烧结度好的汤道砖、中注砖等，使用前必须烘烤干燥，同时清理表面附渣、积灰。
其中，钢锭成型模内表面的清理可以用钢丝刷及压缩空气清理。在浇注钢水时，钢包水口与喇叭口相差不超过200mm，这样能够避免钢水在浇注过程中迅速降温而影响钢锭品质。而且，在浇注钢水前，要严格检查吹氩环，并清理上面的凝钢、附渣，防止堵孔。在浇注过程中，如发现保护渣发红，必须及时添加碳化稻壳。浇注速度控制：严格遵循低温快注，高温慢注的原则。
S2，圆钢锻造：将S1中成型的圆钢钢锭在600℃～650℃条件下锻造镦粗，锻造比控制在4～6，锻造后的圆钢冷却至250℃～300℃时马上放进退火炉内退火。在锻造时，适当地延长加热保温时间，以消除或减弱大钢锭的偏析；同时，增大钢锭切头率，提高至20～30％，以确保钢锭切割两头后使用部分密实性一致。
S3，锻造成型：将S2中锻造后的圆钢拔长形成一端大一端小的潜孔钻头毛坯，然后将潜孔钻头毛坯加热后放入潜孔钻头锻造模内锻造成型；潜孔钻头毛坯加热温度和时间要求为：先使加热炉的炉温升至750℃～800℃，将潜孔钻头毛坯放入加热炉内加热2～4小时；加热炉的炉温升高至1180℃～1230℃，潜孔钻头毛坯在加热炉内加热12～14小时。因为圆钢截面尺寸较大，且导热性一般，如加热过急，容易形成加热缺陷，因此采取多段加热法，以使圆钢热透，各处温度一致。
S4，正火：将S3中锻造成型的潜孔钻头进行两次正火，第一次正火温度为870℃～930℃，而后在650℃～700℃条件下回火；第二次正火温度为850℃～890℃，而后在670℃～680℃条件下回火。对于大锻件而言，极容易出现粗晶、混晶、带状组织，尤其是对于40CrNi2MoV这些组织遗传性很明显的钢，仅仅采用常规的一次正火工艺，是很难消除这些缺陷的，而利用循环往复加热，即多次正火，可以很好的消除以上这些组织遗传现象。其中，第一次正火温度较高：切断粗大晶粒与新生晶粒之间的联系；第二次正火温度较低：以有效细化晶粒。
S5，淬火：将经S4中两次正火的潜孔钻头，在850℃～870℃条件下淬火1～2小时，然后油冷至常温；再在460℃～500℃条件下中温回火2～5小时，自然冷却至常温。
进一步地，步骤S1中，保护渣的加入量按照浇注成型的圆钢钢锭质量计2.0kg/t～3.0kg/t。
进一步地，步骤S2中锻造后的圆钢在退火后常温放置3～4天，然后进行超声波探伤，剔除不合格产品。
进一步地，步骤S3中，潜孔钻头毛坯加热温度从第一阶段温度至第二阶段温度采用呈直线上升方式或者呈弧线上升方式，升温时间为0.5～1小时。
进一步地，在步骤S4之后还包括渗碳处理步骤，将经过正火处理后的潜孔钻头放入到渗碳炉内加热，当加热到920℃～930℃时进行渗碳处理，渗碳处理的技术要求是：渗碳层深度为1.2㎜～1.3㎜，表面碳浓度为0.95％～1.05％，渗碳处理时间为30min～35min。
进一步地，在完成渗碳处理后，对潜孔钻头进行高温回火，然后进行机械加工；所述高温回火的技术要求是：将潜孔钻头放入到回火炉中，在670℃～680℃的条件下保温3.5h～4.5h，然后随炉冷却到低于200℃，从回火炉中取出后进行空冷；所述机械加工包括铣排粉槽、横槽、车齿面斜度和打毛刺。
本发明还提供的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头，采用上述的热处理方法制造而成。
本发明提供的旋转压力容器的快开门装置的有益效果：
通过本发明的选材与锻造工艺，使得所制造的高风压潜孔钻头具有良好力学性能及可塑性；通过拔镦锻造工艺，使钻头的纵横向性能异向性减小；获得完美的锻造流线分布。良好的锻造流线会明显提高钻头的机械性能；材料利用率高，锻件表面质量也更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的高风压潜孔钻头的毛坯放入潜孔钻头锻造模内锻造成型起始时的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的高风压潜孔钻头的毛坯放入潜孔钻头锻造模内锻造成型结束时的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，以及用该热处理方法制造的高风压潜孔钻头，具有良好力学性能及可塑性，适用于建筑、道路、矿山、隧道等工程施工中凿碎岩石、开凿爆破钻孔等。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。
实施例一
参考附图1和图2，该图示出了本发明实施例提供的高风压潜孔钻头的毛坯放入潜孔钻头锻造模内锻造成型起始时以及结束时的结构。
本实施例提供的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：
S1，钢锭成型：将预先选定的钢材原料熔炼成钢包水，将钢锭成型模内表面清理清洁，在钢锭成型模内距成型模底部15mm～25mm处悬挂保护渣，然后将钢水浇注到钢锭成型模内，浇注时控制钢水温度为1550℃～1570℃，成型的圆钢钢锭冷却至300℃以下脱模。其中，保护渣的加入量按照浇注成型的圆钢钢锭质量计2.0kg/t～3.0kg/t。
S2，圆钢锻造：将S1中成型的圆钢钢锭在600℃～650℃条件下锻造镦粗，锻造比控制在4～6，锻造后的圆钢冷却至250℃～300℃时马上放进退火炉内退火。其中，锻造后的圆钢在退火后常温放置3～4天，然后进行超声波探伤，剔除不合格产品。
S3，锻造成型：将S2中锻造后的圆钢拔长形成一端大一端小的潜孔钻头毛坯，然后将潜孔钻头毛坯加热后放入潜孔钻头锻造模内锻造成型；潜孔钻头毛坯加热温度和时间要求为：先使加热炉的炉温升至750℃～800℃，将潜孔钻头毛坯放入加热炉内加热2～4小时；加热炉的炉温升高至1180℃～1230℃，潜孔钻头毛坯在加热炉内加热12～14小时。
其中，潜孔钻头毛坯加热温度从第一阶段温度至第二阶段温度采用呈直线上升方式或者呈弧线上升方式，升温时间为0.5～1小时。
S4，正火：将S3中锻造成型的潜孔钻头进行两次正火，第一次正火温度为870℃～930℃，而后在650℃～700℃条件下回火；第二次正火温度为850℃～890℃，而后在670℃～680℃条件下回火。
S5，淬火：将经S4中两次正火的潜孔钻头，在850℃～870℃条件下淬火1～2小时，然后油冷至常温；再在460℃～500℃条件下中温回火2～5小时，自然冷却至常温。
作为优选的实施方式，在步骤S4之后还包括渗碳处理步骤，将经过正火处理后的潜孔钻头放入到渗碳炉内加热，当加热到920℃～930℃时进行渗碳处理，渗碳处理的技术要求是：渗碳层深度为1.2㎜～1.3㎜，表面碳浓度为0.95％～1.05％，渗碳处理时间为30min～35min。
在完成渗碳处理后，对潜孔钻头进行高温回火，然后进行机械加工；所述高温回火的技术要求是：将潜孔钻头放入到回火炉中，在670℃～680℃的条件下保温3.5h～4.5h，然后随炉冷却到低于200℃，从回火炉中取出后进行空冷；所述机械加工包括铣排粉槽、横槽、车齿面斜度和打毛刺。
实施例二
本实施例提供的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：
S1，钢锭成型：将预先选定的钢材原料熔炼成钢包水，将钢锭成型模内表面清理清洁，在钢锭成型模内距成型模底部18mm～20mm处悬挂保护渣，然后将钢水浇注到钢锭成型模内，浇注时控制钢水温度为1555℃～1565℃，成型的圆钢钢锭冷却至280℃以下脱模。其中，保护渣的加入量按照浇注成型的圆钢钢锭质量计2.2kg/t～2.7kg/t。
S2，圆钢锻造：将S1中成型的圆钢钢锭在610℃～630℃条件下锻造镦粗，锻造比控制在4～6，锻造后的圆钢冷却至270℃～280℃时马上放进退火炉内退火。其中，锻造后的圆钢在退火后常温放置3～4天，然后进行超声波探伤，剔除不合格产品。
S3，锻造成型：将S2中锻造后的圆钢拔长形成一端大一端小的潜孔钻头毛坯，然后将潜孔钻头毛坯加热后放入潜孔钻头锻造模内锻造成型；潜孔钻头毛坯加热温度和时间要求为：先使加热炉的炉温升至760℃～780℃，将潜孔钻头毛坯放入加热炉内加热2.5～3.5小时；加热炉的炉温升高至1200℃～1220℃，潜孔钻头毛坯在加热炉内加热12～13小时。其中，潜孔钻头毛坯加热温度从第一阶段温度至第二阶段温度采用呈直线上升方式，升温时间为0.5～1小时。
S4，正火：将S3中锻造成型的潜孔钻头进行两次正火，第一次正火温度为890℃～915℃，而后在670℃～690℃条件下回火；第二次正火温度为860℃～870℃，而后在670℃～680℃条件下回火。
S5，淬火：将经S4中两次正火的潜孔钻头，在855℃～865℃条件下淬火1.5～2小时，然后油冷至常温；再在470℃～490℃条件下中温回火3～4小时，自然冷却至常温。
作为优选的实施方式，在步骤S4之后还包括渗碳处理步骤，将经过正火处理后的潜孔钻头放入到渗碳炉内加热，当加热到925℃～930℃时进行渗碳处理，渗碳处理的技术要求是：渗碳层深度为1.2㎜～1.3㎜，表面碳浓度为0.95％～1.05％，渗碳处理时间为30min～35min。
在完成渗碳处理后，对潜孔钻头进行高温回火，然后进行机械加工；所述高温回火的技术要求是：将潜孔钻头放入到回火炉中，在670℃～680℃的条件下保温3.5h～4.5h，然后随炉冷却到低于200℃，从回火炉中取出后进行空冷；所述机械加工包括铣排粉槽、横槽、车齿面斜度和打毛刺。
实施例三
本实施例提供的一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，该热处理方法包括以下步骤：
S1，钢锭成型：将预先选定的钢材原料熔炼成钢包水，将钢锭成型模内表面清理清洁，在钢锭成型模内距成型模底部18.5mm～19mm处悬挂保护渣，然后将钢水浇注到钢锭成型模内，浇注时控制钢水温度为1560℃，成型的圆钢钢锭冷却至260℃以下脱模。其中，保护渣的加入量按照浇注成型的圆钢钢锭质量计2.35kg/t～2.45kg/t。
S2，圆钢锻造：将S1中成型的圆钢钢锭在625℃条件下锻造镦粗，锻造比控制在4.5～5.5，锻造后的圆钢冷却至275℃时马上放进退火炉内退火。其中，锻造后的圆钢在退火后常温放置3天，然后进行超声波探伤，剔除不合格产品。
S3，锻造成型：将S2中锻造后的圆钢拔长形成一端大一端小的潜孔钻头毛坯，然后将潜孔钻头毛坯加热后放入潜孔钻头锻造模内锻造成型；潜孔钻头毛坯加热温度和时间要求为：先使加热炉的炉温升至770℃，将潜孔钻头毛坯放入加热炉内加热3小时；加热炉的炉温升高至1210℃，潜孔钻头毛坯在加热炉内加热12小时。其中，潜孔钻头毛坯加热温度从第一阶段温度至第二阶段温度采用呈弧线上升方式，升温时间为1小时。
S4，正火：将S3中锻造成型的潜孔钻头进行两次正火，第一次正火温度为900℃～905℃，而后在680℃条件下回火；第二次正火温度为870℃，而后在680℃条件下回火。
S5，淬火：将经S4中两次正火的潜孔钻头，在860℃条件下淬火1.5小时，然后油冷至常温；再在480℃条件下中温回火3小时，自然冷却至常温。
作为优选的实施方式，在步骤S4之后还包括渗碳处理步骤，将经过正火处理后的潜孔钻头放入到渗碳炉内加热，当加热到925℃时进行渗碳处理，渗碳处理的技术要求是：渗碳层深度为1.25㎜～1.28㎜，表面碳浓度为0.95％～1.05％，渗碳处理时间为30min～35min。
在完成渗碳处理后，对潜孔钻头进行高温回火，然后进行机械加工；所述高温回火的技术要求是：将潜孔钻头放入到回火炉中，在680℃的条件下保温3.5h～4.5h，然后随炉冷却到低于200℃，从回火炉中取出后进行空冷；所述机械加工包括铣排粉槽、横槽、车齿面斜度和打毛刺。
实施例四
本实施例提供了一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头，该高风压潜孔钻头使用实施例一或者实施例二或者实施例三所描述的热处理方法制造而成。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
S1，钢锭成型：将预先选定的钢材原料熔炼成钢包水，将钢锭成型模内表面清理清洁，在钢锭成型模内距成型模底部15mm～25mm处悬挂保护渣，然后将钢水浇注到钢锭成型模内，浇注时控制钢水温度为1550℃～1570℃，成型的圆钢钢锭冷却至300℃以下脱模，其中，保护渣的加入量按照浇注成型的圆钢钢锭质量计2.0kg/t～3.0kg/t；
S2，圆钢锻造：将S1中成型的圆钢钢锭在600℃～650℃条件下锻造镦粗，锻造比控制在4～6，锻造后的圆钢冷却至250℃～300℃时马上放进退火炉内退火；
S3，锻造成型：将S2中锻造后的圆钢拔长形成一端大一端小的潜孔钻头毛坯，然后将潜孔钻头毛坯加热后放入潜孔钻头锻造模内锻造成型；潜孔钻头毛坯加热温度和时间要求为：先使加热炉的炉温升至750℃～800℃，将潜孔钻头毛坯放入加热炉内加热2～4小时；加热炉的炉温升高至1180℃～1230℃，潜孔钻头毛坯在加热炉内加热12～14小时；其中，潜孔钻头毛坯加热温度从第一阶段温度至第二阶段温度采用呈直线上升方式或者呈弧线上升方式，升温时间为0.5～1小时；
S4，正火：将S3中锻造成型的潜孔钻头进行两次正火，第一次正火温度为870℃～930℃，而后在650℃～700℃条件下回火；第二次正火温度为850℃～890℃，而后在670℃～680℃条件下回火；
S5，淬火：将经S4中两次正火的潜孔钻头，在850℃～870℃条件下淬火1～2小时，然后油冷至常温；再在460℃～500℃条件下中温回火2～5小时，自然冷却至常温。
2.根据权利要求1所述的40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，其特征在于，步骤S2中锻造后的圆钢在退火后常温放置3～4天，然后进行超声波探伤，剔除不合格产品。
3.根据权利要求1所述的40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括渗碳处理步骤，将经过正火处理后的潜孔钻头放入到渗碳炉内加热，当加热到920℃～930℃时进行渗碳处理，渗碳处理的技术要求是：渗碳层深度为1.2㎜～1.3㎜，表面碳浓度为0.95％～1.05％，渗碳处理时间为30min～35min。
4.根据权利要求3所述的40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头的热处理方法，其特征在于，在完成渗碳处理后，对潜孔钻头进行高温回火，然后进行机械加工；
所述高温回火的技术要求是：将潜孔钻头放入到回火炉中，在670℃～680℃的条件下保温3.5h～4.5h，然后随炉冷却到低于200℃，从回火炉中取出后进行空冷；
所述机械加工包括铣排粉槽、横槽、车齿面斜度和打毛刺。
5.一种40CrNi2MoV造高风压潜孔钻头，其特征在于，所述高风压潜孔钻头使用如权利要求1至4中任一项所述的热处理方法制造。
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