CN109457118A - 一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，属于合金冶炼技术领域。该方法包括以下步骤：(1)在进行电渣重熔精炼时，选择以下渣料：按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝55～68:14～21:12～18:1～3；电渣重熔前将所述渣料用高纯石墨坩埚烘烤，烘烤温度为630～650℃，保温时间6～8h；(2)锻造完成后直接采用等温回火处理，回火温度：560～580℃，回火保温时间：16～18h。采用本发明的方法能够很好消除10Ni3MnCuAl钢中白点的发生，白点的发生率极低。且该方法工艺流程简单，操作可控，加工处理过程时间较短，能源消耗少，可大大节约经济成本。

Description

一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法
技术领域
本发明属于合金冶炼技术领域，尤其是合金热处理技术领域，具体涉及一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法。
背景技术
10Ni3MnCuAl钢属Ni-Al-Cu时效硬化钢，是一种高性能、高精度高级镜面塑料模具钢，相当于日本牌号NAK80，广泛用于汽车、家电等塑料制品模具。10Ni3MnCuAl(NAK80)钢材具有良好的镜面加工性和放电加工性，经特殊熔炼生产，纯净度高，性能稳定，有很好的抛光性能与雕饰性，无需热处理，切削性佳，具有良好的加工性和表面光洁度，硬度分布均匀。此钢具有良好的焊接性，在焊接部位硬度起先出现下降，焊接后经500℃*5H的时效处理和风冷后，其硬度值和热影响值均与基材的硬度相同。此钢经气体软氮化后，其表层硬度可达750HV，服役寿命较长。
10Ni3MnCuAl钢虽然有上述诸多优点，然而其是一种白点敏感性强的钢种，其在锻造后钢的内部容易出现白点缺陷，特别是大尺寸锻制扁钢在雨季时更为敏感。白点是由于在钢内的氢在应力作用下产生的一种裂纹缺陷，溶解在钢液中的氢在钢锭凝固时留在钢内形成的固溶体，呈过饱和状态，在热加工后的冷却过程中，当冷速较快时，尤其是在200℃左右，原子氢转变为分子氢，未逸出的氢分子存在于晶界间，在钢材中产生极大的压力而形成裂纹。合金钢白点的色泽光亮，碳素钢的较暗些。白色斑点的平均直径由几毫米到几十毫米不等。白点的存在对钢的性能有极为不利的影响，它使钢的力学性能降低，热处理淬火时使零件开裂，使用时造成零件的断裂。
关于10Ni3MnCuAl钢预防白点的工艺，一般是采取长时间的去氢退火工艺，其原理是在氢溶解度最低的温度下长时间保温，使钢中氢扩散逸出，以减少钢中氢含量，防止白点的发生。但是该方法的退火工艺时间长，能源消耗较大，使用成本较高。后来有人提出了一种不进行去氢退火的工艺，而是通过特定的固溶处理，再配合以适宜的回火工艺来降低10Ni3MnCuAl钢中白点的发生，但该处理方式的工艺需要严格控制，出钢的氢含量较高，需要在钢中的氢尚未来得及聚集时进行特定的固溶处理，锻后热处理工序难以控制，白点的消除率受热处理工艺影响较大。
现有工艺对于预防10Ni3MnCuAl钢中白点的发生均存在一定的缺陷，因此需要提供一种新的处理工艺来解决10Ni3MnCuAl钢白点敏感性的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法。本发明提供的方法工艺流程简单，操作可控，且加工处理过程时间较短，能源消耗少，可大大节约经济成本。本发明的方法能够很好消除10Ni3MnCuAl钢中白点的发生，白点的发生率极低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其包括以下步骤：
(1)在进行电渣重熔精炼时，选择以下渣料：按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝55～68:14～21:12～18:1～3；电渣重熔前将所述渣料用高纯石墨坩埚烘烤，烘烤温度为630～650℃，保温时间6～8h；
(2)锻造完成后直接采用等温回火处理，回火温度：560～580℃，回火保温时间：16～18h。
本发明采用的上述方法能够很好减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的发生。本发明的机理为：由于钢材在生产过程中，尤其是冶炼过程中往往会产生吸气(氢气)现象，而白点的形成因素之一就是钢内部的氢造成的，氢气的来源主要是碱性渣料在储存中吸气带来的，所以本发明从电渣重熔渣料的选择上入手，发明人经过大量实验研究，最终确定了上述渣料的配方，并结合冶炼渣料的烘烤手段，选择采用高纯石墨坩埚对渣料预先进行烘烤，将渣料储存过程中吸气带来的氢与石墨进行反应，以便将渣料中的氢预先进行很好去除。
由于上述烘烤手段预先已经将渣料中吸气带来的氢进行了大量的去除，本发明在锻造完成后不需要进行退火和固溶处理，而是直接采用等温回火处理，并控制合适的回火工艺，即可获得性能良好的10Ni3MnCuAl钢，该热处理方法工艺简单，无需复杂的设备和大量的能源消耗，大大节约了冶炼成本；该热处理工艺无需在反复和重复的热处理环境下进行，能够减少锻后热处理钢的组织内应力的形成，从而进一步降低钢中白点的发生。经测试，本发明的方法能够大大减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的发生率。
作为优选的方案，步骤(1)中所述渣料按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝65:17:16:2。
作为优选的方案，所述高纯石墨坩埚的石墨纯度为95％以上。
作为优选的方案，步骤(1)中所述烘烤温度为638℃，保温时间7.5h。
作为优选的方案，步骤(2)中所述回火温度为570℃，回火保温时间17h。
作为优选的方案，步骤(2)中回火处理时控制升温速度为60～80℃/h。
进一步的是，步骤(1)中在电渣炉中进行。
进一步的是，步骤(2)中在等温回火处理后炉冷至400℃以下，再油冷至200℃以下，最后空冷至60℃以下。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所采用的方法能够彻底去除10Ni3MnCuAl钢中白点的产生，与现有技术相比，其白点发生率大大降低；
(2)本发明的方法工艺流程简单，操作可控，无需复杂的设备和大量的能源消耗，大大节约了冶炼成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，包括以下步骤：
(1)在进行电渣重熔精炼时，选择以下渣料：按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝68:14:17:1；电渣重熔前将所述渣料用高纯石墨坩埚烘烤，烘烤温度为630℃，保温时间8h；
(2)锻造完成后直接采用等温回火处理，回火温度：560℃，回火保温时间：18h；回火处理时控制升温速度为80℃/h。
10Ni3MnCuAl钢先在中频炉中进行一次冶炼，然后在电渣炉中进行二次冶炼(进行步骤一的电渣重熔精炼)，最后在压机中进行锻造，锻造后进行热处理工艺(进行步骤二的等温回火处理)。
其中，高纯石墨坩埚的石墨纯度为95％以上，步骤(2)中在等温回火处理后炉冷至400℃以下，再油冷至200℃以下，最后空冷至60℃以下。
实施例2
一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，包括以下步骤：
(1)在进行电渣重熔精炼时，选择以下渣料：按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝64:21:12:3；电渣重熔前将所述渣料用高纯石墨坩埚烘烤，烘烤温度为650℃，保温时间6h；
(2)锻造完成后直接采用等温回火处理，回火温度：580℃，回火保温时间：16h；回火处理时控制升温速度为60℃/h。
10Ni3MnCuAl钢先在中频炉中进行一次冶炼，然后在电渣炉中进行二次冶炼(即步骤一的电渣重熔精炼)，最后在压机中进行锻造，锻造后进行热处理工艺(即步骤二的等温回火处理)。
其中，高纯石墨坩埚的石墨纯度为95％以上，步骤(2)中在等温回火处理后炉冷至400℃以下，再油冷至200℃以下，最后空冷至60℃以下。
实施例3
一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，包括以下步骤：
(1)在进行电渣重熔精炼时，选择以下渣料：按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝65:17:16:2；电渣重熔前将所述渣料用高纯石墨坩埚烘烤，烘烤温度为638℃，保温时间7.5h；
(2)锻造完成后直接采用等温回火处理，回火温度：570℃，回火保温时间：17h；回火处理时控制升温速度为70℃/h。
10Ni3MnCuAl钢先在中频炉中进行一次冶炼，然后在电渣炉中进行二次冶炼(即步骤一的电渣重熔精炼)，最后在压机中进行锻造，锻造后进行热处理工艺(即步骤二的等温回火处理)。
其中，高纯石墨坩埚的石墨纯度为95％以上，步骤(2)中在等温回火处理后炉冷至400℃以下，再油冷至200℃以下，最后空冷至60℃以下。
测试例1
按照实施例1-3的方法处理10Ni3MnCuAl钢获得试样，对试样按SEP1921超声波探伤，其满足E/e级别，对试样内部白点情况采用横向和纵向测试，得到试样横向和纵向均无白点。重复生产100个试样，均未发现产生白点。
测试例2
将本发明的处理方法与专利CN108441613A中的处理方法进行比较。对相同大小试样的断面收缩率和冲击韧性进行测试，得到本发明实施例1-3中的方法所得试样的断面收缩率分别比该专利实施例1中的方法提高18.7％、18.5％和19.3％，试样的冲击韧性值分别比该专利实施例1中的方法提高20.1％、19.6％和21.2％。

Claims (8)

1.一种减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在进行电渣重熔精炼时，选择以下渣料：按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝61～68:14～21:12～18:1～3；电渣重熔前将所述渣料用高纯石墨坩埚烘烤，烘烤温度为630～650℃，保温时间6～8h；
(2)锻造完成后直接采用等温回火处理，回火温度：560～580℃，回火保温时间：16～18h。
2.根据权利要求1所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，步骤(1)中所述渣料按Wt％为，CaF2:Al2O3:CaO:B2O3＝65:17:16:2。
3.根据权利要求1所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，所述高纯石墨坩埚的石墨纯度为95％以上。
4.根据权利要求3所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，步骤(1)中所述烘烤温度为638℃，保温时间7.5h。
5.根据权利要求1所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，步骤(2)中所述回火温度为570℃，回火保温时间17h。
6.根据权利要求5所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，步骤(2)中回火处理时控制升温速度为60～80℃/h。
7.根据权利要求1所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，步骤(1)中在电渣炉中进行。
8.根据权利要求1所述的减轻10Ni3MnCuAl钢中白点的方法，其特征在于，步骤(2)中在等温回火处理后炉冷至400℃以下，再油冷至200℃以下，最后空冷至60℃以下。
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