CN109852775A - 一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低碳合金钢技术领域，尤其涉及一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，包括1）步骤A：低碳合金钢锻件锻造成型后立即装入退火炉内保温，保温温度为590℃~850℃；2）步骤B：步骤A完成后，控制退火炉降温至200℃并保持该炉温；3）步骤C：步骤B完成后，将低碳合金钢锻件出炉并集中堆放，本工艺操作简单、方便，可有效的解决低碳低合金钢锻件未及时入炉保温，钢锭冒口端MnO、MnS富集导致该部位芯部偏析严重；锻件风冷或急冷，造成应力大释放不充分，产生芯部贝氏体或粗大珠光体应力裂纹，在室温环境下，锻件芯部Fe4N析出后，产生的晶间裂纹的问题。

Description

一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺

技术领域

本发明涉及低碳合金钢锻造技术领域，尤其涉及一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺。

背景技术

低合金钢锻件由于其优异的力学性能以及相对较低的生产和使用成本，在工程机械领域被广泛应用；目前使用低碳合金钢，在锻造完成后，常规的采用在室温下静置一段时间后在回炉保温的热处理方式或自然冷却的方式消除应力，消除应力后检测产品的H、O含量以及金相指标都符合要求，但锻件锻件探伤不合格，承密集性缺陷裂纹，特别在钢锭帽口端MnO、MnS富集导致该部位芯部偏析严重，芯部密集性缺陷尤为严重。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

1)锻件未及时入炉保温，钢锭冒口端MnO、MnS富集导致该部位芯部偏析严重；

2)锻件风冷或急冷，造成芯部贝氏体或粗大珠光体应力释放不充分，产生应力裂纹；

3)锻件风冷或急冷，造成晶间的Fe4N在室温环境下析出后，产生的晶间裂纹。

综上所述，目前亟需一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，包括以下步骤：

1)步骤A：低碳合金钢锻件锻造成型后立即装入退火炉内保温，保温温度为590℃～900℃；

2)步骤B：步骤A完成后，控制退火炉降温至200℃～300℃并保持该炉温；

3)步骤C：步骤B完成后，将低碳合金钢锻件出炉并集中堆放。

低碳合金钢锻件中，N可以导致时效硬化及将N含量较高的钢自高温较快冷却使N在铁素体中溶解度急速降低，从而导致N在铁素体中处于过饱和状态，并在室温环境下以Fe4N的形式析出，钢冷却的速度越快Fe4N析出越多，产生的晶间间隙，从而导致晶间裂纹，低碳合金钢锻件锻后立即进入加热炉590℃～850℃保温，在这个保温期间,N在铁素体中的溶解度高，Fe4N析出少，并且钢中的自由N可与V、Nb、Ti、Al、Cr生成固溶N化物，细化晶粒，从而产生的晶间裂纹少，并且锻件及时入炉保温，可避免MnO、MnS沿温度较高的钢锭冒口端富集，导致该部位芯部偏析严重，热处理步骤完成后，控制退火炉降温至200℃～300℃，并控制退火炉内温度保持200℃～300℃一段时间使锻件的内应力充分释放，在将低碳合金钢锻件出炉并集中堆放进行缓冷处理，可避免锻件在冷却过程中形成贝氏体或粗大珠光体组织，进而避免锻件内部产生裂纹和加速裂纹在锻件内部的扩展。

优选的，步骤A)保温时间为6～20h，根据锻件的直径尺寸选择保温时间的长短，使锻件中的N在铁素体中充分溶解，减少Fe4N的析出，并且通过保温使钢中的自由N可与 V、Nb、Ti、Al、Cr生成固溶N化物，达到细化晶粒的效果。

优选的，步骤B)控制退火炉以2～5℃/min的速度匀速降温，缓冷可减少快速冷却产生的贝氏体组织，当通过控制退火炉以2～5℃/min的速度匀速降温，低碳合金钢锻件芯部偏析带不在出现贝氏体组织，形成常规的珠光体组织，控制冷却优化后，底碳合金钢锻件心部偏析带组织应力明显减少，因组织应力产生的微裂纹得到大大改善。

优选的，步骤B)保温时间为6～18h，降温后退火炉的保温时间为6～18h,可有效释放钢板的内应力，提高探伤质量。

优选的，步骤C)低碳合金钢锻件采用由下至上堆垛的方式集中堆放，通过将低碳合金钢锻件采用由下至上堆垛的方式集中堆放，可避免锻件出炉后由于温降速度过大加速锻件内部微裂纹扩展。

优选的，堆垛后的低碳合金钢锻件的外部采用石棉覆盖，在堆垛后的低碳合金钢锻件的外部采用石棉覆盖可有效延缓锻件的温降速度，从而减缓锻件内部的微裂纹扩展。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，低碳合金钢锻件中，N可以导致时效硬化及将N含量较高的钢自高温较快冷却使N在铁素体中溶解度急速降低，从而导致N在铁素体中处于过饱和状态，在室温环境下以Fe4N的形式析出，钢冷却的速度越快Fe4N析出越多，产生的晶间间隙越严重，从而导致晶间裂纹，低碳合金钢锻件锻后立即进入加热炉590℃～900℃保温，在这个保温期间,N在铁素体中的溶解度高，Fe4N析出少，并且钢中的自由N可与V、Nb、Ti、Al、Cr生成固溶 N化物，细化晶粒，从而产生的晶间裂纹少，并且锻件及时入炉保温，可避免MnO、MnS 沿温度较高的钢锭冒口端富集，导致该部位芯部偏析严重，热处理步骤完成后，控制退火炉降温至200℃～300℃，并控制退火炉内温度保持200℃～300℃一段时间使锻件的内应力充分释放，在将低碳合金钢锻件出炉并集中堆放进行缓冷处理，可避免锻件在冷却过程中形成贝氏体或粗大珠光体组织，进而避免锻件内部产生裂纹和加速裂纹在锻件内部的扩展。

本申请其他实施方式的有益效果是：

1.根据锻件的直径尺寸选择保温时间的长短，使锻件中的N在铁素体中充分溶解，减少Fe4N的析出，并且通过保温使钢中的自由N可与V、Nb、Ti、Al、Cr生成固溶N化物，达到细化晶粒的效果。

2.缓冷可减少快速冷却产生的贝氏体组织，当通过控制退火炉以2～5℃/min的速度匀速降温，低碳合金钢锻件芯部偏析带不在出现贝氏体组织，形成常规的珠光体组织，控制冷却优化后，底碳合金钢锻件心部偏析带组织应力明显减少，因组织应力产生的微裂纹得到大大改善。

3.降温后退火炉的保温时间为6～18h,可有效释放钢板的内应力，提高探伤质量。

4.通过将低碳合金钢锻件采用由下至上堆垛的方式集中堆放，可避免锻件出炉后由于温降速度过大加速锻件内部微裂纹扩展。

5.在堆垛后的低碳合金钢锻件的外部采用石棉布覆盖可有效延缓锻件的温降速度，从而减缓锻件内部的微裂纹扩展。

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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，大尺寸的锻件包括环件、轴类、饼类等锻件，在低碳合金钢锻件中，N的危害较大，可导致低碳合金钢时效硬化，即将N含量较高的低碳合金钢锻件自高温较快的速度冷却时，铁素体就会被N过饱和生成Fe4N，热处理温度为590℃～900℃时，N在铁素体中的溶解度约为0.1％，在室温时，溶解度将为0.0015％，从而如果将段将在室温下静置，N将以Fe4N的形式逐渐析出，锻件中N的总含量越高，自由N含量也越高，锻件冷却速度越快生成的Fe4N析出物越多，当晶间的Fe4N 析出后，产生晶间间隙，从而导致了在探伤时出现的晶间裂纹，通过锻后立即进入加热炉 590℃～850℃保温，在这个保温期间,N在铁素体中的溶解度高，Fe4N析出少，并且钢中的自由N可与V、Nb、Ti、Al、Cr生成固溶N化物，细化晶粒，从而产生的晶间裂纹少，并且锻件立即入炉保温，可避免MnO、MnS沿温度较高的钢锭冒口端富集，导致该部位芯部偏析严重，在热处理步骤完成后，控制退火炉缓慢降温至200℃～300℃，并保温一段时间可使锻件内应力充分释放，将低碳合金钢锻件出炉并通过集中堆放缓冷处理，可避免形成贝氏体或粗大珠光体组织形成，进而避免锻件内部产生裂纹和加速裂纹在钢板内部的扩展，本发明通过对低碳合金钢锻件锻后的热处理步骤、降温步骤、保温步骤和堆放步骤，可有效的解决锻件未及时入炉保温，钢锭冒口端MnO、MnS富集导致该部位芯部偏析严重；锻件风冷或急冷，造成应力大释放不充分，产生芯部贝氏体或粗大珠光体应力裂纹以及造成晶间的 Fe4N析出后，产生的晶间裂纹的问题。

直径为50～200㎜的低碳合金钢锻件，热处理控温时间为6～20h,根据锻件的直径尺寸选择保温时间的长短，使锻件中的N在铁素体中充分溶解，减少Fe4N的析出，并且通过保温使钢中的自由N可与V、Nb、Ti、Al、Cr生成固溶N化物，达到细化晶粒的效果。

缓冷可减少快速冷却产生的贝氏体组织，当通过控制退火炉以2～5℃/min的速度匀速降温，低碳合金钢锻件芯部偏析带不在出现贝氏体组织，形成常规的珠光体组织，控制冷却优化后，底碳合金钢锻件心部偏析带组织应力明显减少，因组织应力产生的微裂纹得到大大改善。

降温后退火炉的保温时间为6～18h,可有效释放钢板的内应力，提高探伤质量。

通过将低碳合金钢锻件采用由下至上堆垛的方式集中堆放，可避免锻件出炉后由于温降速度过大加速锻件内部微裂纹扩展。

在堆垛后的低碳合金钢锻件的外部采用石棉覆盖可有效延缓锻件的温降速度，从而减缓锻件内部的微裂纹扩展。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：低碳合金钢锻件锻造成型后立即装入退火炉内保温，保温温度为590℃~850℃；

步骤B：步骤A完成后，控制退火炉降温至200℃~300℃并保持该炉温；

步骤C：步骤B完成后，将低碳合金钢锻件出炉并集中堆放。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，其特征在于：步骤A）保温时间为6~20h。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，其特征在于：步骤B）控制退火炉以2~5℃/min的速度匀速降温。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，其特征在于：步骤B）保温时间为6~18h。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，其特征在于：步骤C）低碳合金钢锻件采用由下至上堆垛的方式集中堆放。

6.根据权利要求5所述的一种大尺寸低碳合金钢锻件的锻后热处理工艺，其特征在于：堆垛后的低碳合金钢锻件的外部采用石棉布覆盖。