CN109609856A - 优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其在锻造下料时控制化学成分、添加B元素，提高淬透性，在锻造后采用不同的较高的正火温度、不同的较高的淬火温度、较快的冷却方式，得到较好的低温冲击韧性。在下料过程中控制化学成分、添加B元素，之后进行锻造，锻造好的物料经过高温正火以及高温回火，之后进行粗加工，粗加工后的物料经过调制处理，调制处理具体包括高温淬火以及高温回火，之后在半精加工后消除应力退火。

Description

优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺
技术领域
本发明涉及材料热处理的技术领域，具体为优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺。
背景技术
锻件制造业是国家装备制造业的基础行业，也是关系到国家安全和国家经济命脉不可或缺的战略性行业，也是国家能力的重要组成，而大型锻件其发展水平更是衡量一个国家综合能力的重要标志。
随着我国造船、电力、石油、化工等行业的快速发展，在很大程度上加速了我国自由锻行业的发展，但是，产品尺寸愈做愈大，技术要求要求愈来愈高，它不仅促进了锻造设备的不断升级更新，而且加快了锻造行业许多新技术、新工艺的诞生。
目前，我国在大型锻件的技术水平方面与世界发达国家相比还有相当大的差距，不能满足国内某些市场需要的不仅仅是设备能力问题，更有核心技术问题。我国的大型锻件行业能否持续稳定发展以及能否替代国外大锻件的关键就在于有了足够的产能的同时是否掌握了核心制造技术以及是否具有自主创新能力。由此，技术研发就成为大型锻件制造行业内企业竞争地位的重要因素。我们必须通过冶炼、锻造、热处理等工序的完善及不断改进，才能制造出合格的优质的大型锻件；才能真正成为大型船用钢锻件的生产强国。
42CrMo属于中碳低合金钢，相当于欧洲牌号42CrMo4及美国牌号的4140；主要用于齿轮、齿轮轴、石油深井钻杆、打捞工具、塑料模具等等。42CrMo具有一定淬透性，综合力学性能很好，价格低廉；42CrMo正是由于这些明显的优点，包括日美欧在内的国内外许多用户采用42CrMo，不但用途越来越广泛，而且技术要求也越来越高。
42CrMo通常在调质状态下使用，含碳量适中，合金元素不高，材料价格便宜，但是，强韧性匹配很好，具有较高的综合机械性能，具有明显的优点，所以使用非常广泛。但是，技术要求越来越高，欧洲、美国及日本的很多客户已经对42CrM0的低温性能提出了要求，对低温性能有要求的国内客户也逐渐增多，对低温冲击吸收功要求甚至达到了AKv(-20℃)≥42J。我们知道压力容器承压锻件NB/T47008-2017中16Mn钢锻件的室温(20℃)AKv2也不过≥41J；20MnMo钢锻件0℃AKv2也就是≥47J；14Cr1Mo,20℃常温冲击吸收功为AKv2≥47J；何况这些材料含碳量较42CrMo低得多，要知道含碳量的高低对冲击吸收功的影响是很大的。常规的调质处理虽然能够满足42CrMo钢锻件的强度指标的要求，但冲击吸收功经常出现很不稳定的现象。为此，我们对42CrMo钢锻件进行了热处理的工艺研究，达到工艺优化提高产品质量的目的。
随着使用温度的降低，所用锻件会由韧性状态向脆性状态变化；尤其是随着工件截面尺寸增大，由于尺寸效应及质量效应，热处理淬火时的冷却效果也越来越差，得到的组织就会越来越差，材料的断口截面就会由塑性状态逐渐向脆性状态转变，冲击吸收功就难以达到技术要求，材料就会变得越来越不安全。因此，有必要对42CrMo的热处理工艺进行研究，达到工艺优化的目的，从而，解决42CrMo低温冲击吸收功不合格的问题，满足客户的技术要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其在锻造下料时控制化学成分、添加B元素，提高淬透性，在锻造后采用不同的较高的正火温度、不同的较高的淬火温度、较快的冷却方式，得到较好的低温冲击韧性。
优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于：在下料过程中控制化学成分、添加B元素，之后进行锻造，锻造好的物料经过高温正火以及高温回火，之后进行粗加工，粗加工后的物料经过调制处理，调制处理具体包括高温淬火以及高温回火，之后在半精加工后消除应力退火。
其进一步特征在于：在下料过程中，控制化学成分、添加B元素的后各元素最终质量百分比如下,碳C：0.38～0.40％、硅Si：0.17～0.30％、锰Mn：0.50～0.80％、磷P：≤0.025％、硫S：≤0.020％、铬Cr：1.05～1.20％、钼Mo：0.15～0.25％、镍Ni：0.15-0.30％、铜Cu：≤0.15％、硼B：0.0005-0.0030％、其余为铁Fe，以上各元素百分比相加后为100％；
所述高温正火的具体工艺流程如下：在温度650℃的环境下预热2至3小时，之后将预热的物料放入温度为890℃-920℃的环境下、保温5至7小时，之后进行水冷或风冷，其中正火的高温环境下的温度波动为±10℃；
所述高温回火的具体工艺流程如下：将高温正火后的物料在温度为650℃的环境下保温12至15小时，之后进行空冷，其中高温正火温度波动为±10℃；
所述高温淬火的具体工艺流程如下：将粗加工后的物料在温度650℃的环境下保温2至3小时，之后将物料放入温度为860-890℃的环境下、保温5至7小时，之后进行水淬-油冷，其中高温淬火的高温环境下的温度波动为±10℃；
所述高温回火的具体工艺流程如下：将高温淬火后的物料在温度为640℃-660℃的环境下保温12至15小时，之后进行空冷，其中环境温度的温度波动为±10℃；
半精加工后消除应力退火的工艺流程为：将半精加工后的物料在温度为160±10℃的环境下保温14至16小时，之后进行空冷。
采用本发明后，通过高温正火+高温回火的锻后热处理工艺，提高预备热处理的正火温度，而且，正火保温结束后采用水冷或风冷的冷却方式，不但可以尽可能的减少脆性相的析出，而且，对细化晶粒也有帮助；晶粒度的细化，晶界长度增加，晶界面积扩大，晶界上的脆性相的浓度也就相应降低，从而，降低了这个材料的对回火脆性的敏感性；而且，由于晶粒细化裂纹扩展的路径增长，扩展方向曲折，可以吸收更多的能量，从而可以使冲击吸收功得到提高；然后调质处理，通过提高淬火温度得到较深的淬硬层，而且提高淬火温度可以得到更多的板条马氏体，组织决定性能，且冲击韧度最好的组织就是板条马氏体；加强淬火冷却，采用水淬油冷的方式，这样可以进一步得到较深的淬硬层；下料时控制化学成份，通过控制微量的铬元素及镍元素含量，把铬元素及镍元素的含量往上限控制，另外，适当加入微量的硼元素，进一步提高42CrMo这个材料的淬透性，进一步得到较深的淬硬层，从而得到较好的组织，从而提高冲击吸收功达到客户要求；综上，其在锻造下料时控制化学成分、添加B元素，提高淬透性，在锻造后采用不同的较高的正火温度、不同的较高的淬火温度、较快的冷却方式，得到较好的低温冲击韧性。
具体实施方式
优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于：在下料过程中控制化学成分、添加B元素，之后进行锻造，锻造好的物料经过高温正火以及高温回火，之后进行粗加工，粗加工后的物料经过调制处理，调制处理具体包括高温淬火以及高温回火，之后在半精加工后消除应力退火。
在下料过程中，控制化学成分、添加B元素的后各元素最终质量百分比如下,碳C：0.38～0.40％、硅Si：0.17～0.30％、锰Mn：0.50～0.80％、磷P：≤0.025％、硫S：≤0.020％、铬Cr：1.05～1.20％、钼Mo：0.15～0.25％、镍Ni：0.15-0.30％、铜Cu：≤0.15％、硼B：0.0005-0.0030％、其余为铁Fe，以上各元素百分比相加后为100％；
高温正火的具体工艺流程如下：在温度650℃的环境下预热2至3小时，之后将预热的物料放入温度为890℃-920℃的环境下、保温5至7小时，之后进行水冷或风冷，其中正火的高温环境下的温度波动为±10℃；
高温回火的具体工艺流程如下：将高温正火后的物料在温度为650℃的环境下保温12至15小时，之后进行空冷，其中高温正火温度波动为±10℃；
高温淬火的具体工艺流程如下：将粗加工后的物料在温度650℃的环境下保温2至3小时，之后将物料放入温度为860-890℃的环境下、保温5至7小时，之后进行水淬-油冷，其中高温淬火的高温环境下的温度波动为±10℃；
高温回火的具体工艺流程如下：将高温淬火后的物料在温度为640℃-660℃的环境下保温12至15小时，之后进行空冷，其中环境温度的温度波动为±10℃；
半精加工后消除应力退火的工艺流程为：将半精加工后的物料在温度为160±10℃的环境下保温14至16小时，之后进行空冷。
通过高温正火+高温回火的锻后热处理工艺，提高预备热处理的正火温度，而且，正火保温结束后采用水冷或风冷的冷却方式，不但可以尽可能的减少脆性相的析出，而且，对细化晶粒也有帮助；晶粒度的细化，晶界长度增加，晶界面积扩大，晶界上的脆性相的浓度也就相应降低，从而，降低了这个材料的对回火脆性的敏感性；而且，由于晶粒细化裂纹扩展的路径增长，扩展方向曲折，可以吸收更多的能量，从而可以使冲击吸收功得到提高；然后调质处理，通过提高淬火温度得到较深的淬硬层，而且提高淬火温度可以得到更多的板条马氏体，组织决定性能，且冲击韧度最好的组织就是板条马氏体；加强淬火冷却，采用水淬油冷的方式，这样可以进一步得到较深的淬硬层；下料时控制化学成份，通过控制微量的铬元素及镍元素含量，把铬元素及镍元素的含量往上限控制，另外，适当加入微量的硼元素，进一步提高42CrMo这个材料的淬透性，进一步得到较深的淬硬层，从而得到较好的组织，从而提高冲击吸收功达到客户要求；综上，其在锻造下料时控制化学成分、添加B元素，提高淬透性，在锻造后采用不同的较高的正火温度、不同的较高的淬火温度、较快的冷却方式，得到较好的低温冲击韧性。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于：在下料过程中控制化学成分、添加B元素，之后进行锻造，锻造好的物料经过高温正火以及高温回火，之后进行粗加工，粗加工后的物料经过调制处理，调制处理具体包括高温淬火以及高温回火，之后在半精加工后消除应力退火。
2.如权利要求1所述的优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于：在下料过程中，控制化学成分、添加B元素的后各元素最终质量百分比如下,碳C：0.38～0.40％、硅Si：0.17～0.30％、锰Mn：0.50～0.80％、磷P：≤0.025％、硫S：≤0.020％、铬Cr：1.05～1.20％、钼Mo：0.15～0.25％、镍Ni：0.15-0.30％、铜Cu：≤0.15％、硼B：0.0005-0.0030％、其余为铁Fe，以上各元素百分比相加后为100％。
3.如权利要求1所述的优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于，所述高温正火的具体工艺流程如下：在温度650℃的环境下预热2至3小时，之后将预热的物料放入温度为890℃-920℃的环境下、保温5至7小时，之后进行水冷或风冷，其中正火的高温环境下的温度波动为±10℃。
4.如权利要求1所述的优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于，所述高温回火的具体工艺流程如下：将高温正火后的物料在温度为650℃的环境下保温12至15小时，之后进行空冷，其中高温正火温度波动为±10℃。
5.如权利要求1所述的优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于，所述高温淬火的具体工艺流程如下：将粗加工后的物料在温度650℃的环境下保温2至3小时，之后将物料放入温度为860-890℃的环境下、保温5至7小时，之后进行水淬-油冷，其中高温淬火的高温环境下的温度波动为±10℃。
6.如权利要求1所述的优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于，所述高温回火的具体工艺流程如下：将高温淬火后的物料在温度为640℃-660℃的环境下保温12至15小时，之后进行空冷，其中环境温度的温度波动为±10℃。
7.如权利要求1所述的优化42CrMo低温冲击吸收功的热处理工艺，其特征在于，半精加工后消除应力退火的工艺流程为：将半精加工后的物料在温度为160±10℃的环境下保温14至16小时，之后进行空冷。
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