CN109913622A - 一种t8碳素工具钢快速球化退火方法 - Google Patents

一种t8碳素工具钢快速球化退火方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种T8碳素工具钢快速球化退火方法。该方法将退火态的T8钢直接放置Formastor高频感应线装置内，10s快速完成升降温，并且在高频线圈内直接完成奥氏体化和球化工艺，大大缩短了时间。本发明流程简单，效率高，节省能源和资源，经通过高频快速加热和冷却，调整球化退火的保温温度、保温时间和降温速率，显著提高T8钢的球化退火效率，改善球化退火效果。

Description

一种T8碳素工具钢快速球化退火方法
技术领域
本发明涉及钢铁领域，涉及一种T8碳素工具钢线材的在线快速球化退火方法。
背景技术
钢丝与国民经济发展密切相关，在能源、交通、军工、农林、海洋、冶金、矿山、石油天然气钻采、机械化工、航空航天等领域成为必不可少的部件或材料，在提升、牵引、拉紧和承载等过程中的具有无可替代的独特性能。
T8钢是一种常见典型的钢丝材料，其原始组织一般为片状珠光体，硬度高、脆性大、易开裂，不易进行切削加工，因而往往需要进行球化处理。球化处理后组织成球状珠光体，改善了组织形态，虽然降低了钢件的硬度，但是提高材料塑性，消除了内应力，降低材料的变形抗力，改善切削加工性能，为后续热处理做好组织准备。但普通的球化退火冷却速度慢，生产周期长，因此必须考虑的一个重要问题是在生产实践中如何缩短退火时间以达到节能和提高生产效率的目的。因此，如何使得钢材兼具较快的生产时间和较好的性能成为本领域亟待解决的技术问题。
目前对于钢铁领域的球化退火技术，研究较多的为GCr15钢、H13钢、齿轮钢、刀具钢等钢种的球化退火技术，如CN102382962B号专利，公开了一种GCr15轴承钢管快速球化退火工艺。该工艺将轧态的GCr15轴承钢钢材经5-15℃/s快速感应加热升温至700-720℃后并保温5-10分钟后空冷,冷却后的钢材放入球化退火炉内随炉升温至780℃保温40分钟，然后以20℃/小时冷至700℃出炉空冷。工序比较复杂，而且升降温时间较长，大大的增加了工艺的时长。
发明内容
本发明的目的为针对现有T8钢在球化退火技术上存在的上述问题，提供一种T8碳素工具钢快速球化退火方法。该方法将退火态的T8钢直接放置Formastor高频感应线装置内，10s快速完成升降温，并且在高频线圈内直接完成奥氏体化和球化工艺，大大缩短了时间。本发明流程简单，效率高，节省能源和资源，通过高频快速加热和冷却，调整球化退火的保温温度、保温时间和降温速率，显著提高T8钢的球化退火效率，改善球化退火效果。
本发明的技术方案为：
一种T8碳素工具钢快速球化退火方法，包括以下步骤：
将T8钢的棒材置入高频感应装置内，进行以下操作：
(1)用10s将棒材升温至775℃，在此温度下保温20min至样品完全奥氏体化；
(2)再将棒材通过10s快速降温至珠光体向奥氏体转变的开始温度以上至745℃之间的温
度范围，并保温20～40s；
(3)用10s将棒材快速降温至珠光体向奥氏体转变的开始温度以下至690℃之间的温度范围，然后保温70～180s；
(4)将再次保温后的棒材用10s快速冷却至室温，完成球化退火。
所述的T8钢的成分按重量百分比含C：0.75-0.81％，Si：≤0.35％，Mn：≤0.4％，Cr：0.09～0.12％，Ni：≤0.07％，余量为Fe。
所述的高频感应装置为Formastor高频感应装置，所述的T8钢棒材的直径为2.5～3.5mm。
所述的珠光体向奥氏体转变的开始温度具体为714℃。
本发明的实质性特点为：
当前技术中，常规球化退火工艺是先进行淬火，然后放到退火炉中进行退火工艺。本次发明核心的创新点将两个工艺合并，直接将样品至于高频感应炉中奥氏体化，然后快速降温完成两个温度的保温。保证这一工艺快速升降温就是通过Formastor高频感应装置实现，常规退火炉达不到快速升降温。
本发明中另一个创新点是物料选择为线材，在感应线圈中,通过线材移动速度控制热处理工艺的时间；其次是高频感应线圈和快速冷却的使用，可以合并常规工艺的两个工序，大大减少设备的使用和时间。
本发明的有益效果为：
由上述技术方案实施T8钢快速球化退火工艺通过高频感应快速加热和汽/水两路快速冷却通道，使碳化物在线球化，整个工艺流程的时间仅为0.5h左右，大大缩短球化退火周期，且碳化物分布均匀，避免了碳化物聚集出现，碳化物颗粒细小，工艺简单，原理清楚，便于工业化生产。
附图说明
图1本发明中所述的具体工艺过程示意图。
图2本发明中所述工艺的应用设备的示意图(图中：1.石英管、2.气管、3.冷却水管、4.试样、5.热电偶、6.高频感应线圈)。
图3所有实施例工艺处理前的试样金相组织。
图4实施例4中工艺处理后的试样金相组织。
具体实施方式：
下面通过具体实例，结合附图，对本发明的内容进一步具体说明。如图1所示的一种T8碳素工具钢在线快速球化退火工艺。图2所示为本发明中所述工艺的应用设备(高频感应装置)的示意图。将试样4放置于石英管1内，石英管1依次包围着气管2、冷却水管3和高频感应线圈6，通过热电偶5来采集样品的温度。样品加热时，通过高频感应线圈6加热达到样品快速加热的目的，通过气管2吹扫保护气体氮气达到样品快速降温的目的。图3为本发明中所述工艺处理前的试样金相组织。快速球化处理前T8的原始显微组织为片层状的珠光体。
本发明实施例中球化退火高频感应装置为日本富士电波工机株式会社Formaster-II型全自动相变膨胀仪，以下简称Formastor高频感应装置。该装置可以实现物料快速升温，也能使物料快速降温。
本发明实施例中观金相显微组织采用的设备为日本Olympus-BH型金相显微镜。
本发明实施例中测量球化等级采用的国家标准为GB/T 1298-2008碳素工具中的评级方法。
下面通过结合附图，对本发明的内容进一步具体说明。通过图4所示的T8快速球化退火工艺，热处理后的显微组织为铁素体基体上弥散分布着细小均匀的球状碳化物。
T8碳素工具钢的快速球化退火工艺如图1所示，具体包括快速升温，保温，快速降温Ac1以上保温和Ac1以下保温，快冷到室温以下几个步骤：
1.快速升温过程和保温过程。球化退火最基本的问题是如何解决粒状碳化物核心的形成，组织中粒状碳化物是由加热奥氏体化时的剩余碳化物颗粒长大而成，剩余碳化物颗粒越多，获得完全球化组织越容易，因而球化时要对加热奥氏体化提出具体要求。奥氏体化时除要求保留尽可能多的剩余碳化物颗粒外，还要获得具有尽可能大的碳浓度不均匀的奥氏体，奥氏体成分的不均匀性有利于珠光体转变的形核和长大过程，而未溶碳化物质点可成为珠光体转变的非均匀形核中心，从而可使过冷奥氏体异常分解速率比均匀奥氏体快6～7倍。因此针对奥氏体化阶段需要快速升温到合适温度以及较短时间的保温。本发明采取10s快速升温至775℃，保温20min。
2.快速降温Ac1以上保温。快速降温的过程增大奥氏体成分不均匀性的同时保留较多的未溶碳化物质点，适当的保温可以促进晶体缺陷和结构的不均匀性将显著增加，残留的碳化物质点更弥散细小。本发明在Ac1以上(745℃)保温20s。
3.快速降温Ac1以下保温。在该温度范围，碳化物组织可以在线缺陷密度高的位置析出，在部分区域内形成弥散分布的颗粒状碳化物，最终形成球化组织，且形成的碳化物颗粒尺寸细小，外形较为圆整均匀，分布弥散。本发明在Ac1以下(690℃)保温90s。
4.快速冷却到室温。本发明提供的一种T8碳素工具钢快速球化退火工艺的关键是选择合适的热处理工艺、加热温度、保温时间，该工艺可以大大缩短球化退火周期，获得铁素体基体上弥散分布着细、小、匀、圆的碳化物颗粒的组织，硬度为28HRC。本发明能够保证被处理工件具有良好的塑形加工性和切削性能、从而提高产品的质量和使用性能。
实施例1
(1)选用的T8钢为直径为3mm的线材，其成分按重量百分比含C：0.75-0.81％，Si：≤0.35％，Mn：≤0.4％，Cr：0.09～0.12％，Ni：≤0.07％，余量为Fe；
(2)快速升温(10s)至775℃，在此温度下保温20min至样品完全奥氏体化；
(3)快速降温(10s)至Ac1以下至700℃，保温20s；
(4)90s冷却至室温，完成球化退火。
通过以上综合控制，获得的球化退火后的部分碳化物呈球形颗粒状，部分为片状珠光体，分布不均匀，有大块铁素体区域的出现，评级为5级。
实施例2
(1)选用的T8钢为直径为3mm的线材，其成分按重量百分比含C：0.75-0.81％，Si：≤0.35％，Mn：≤0.4％，Cr：0.09～0.12％，Ni：≤0.07％，余量为Fe；
(2)快速升温(10s)至775℃，在此温度下保温20min至样品完全奥氏体化；
(3)快速降温(10s)至Ac1以上至745℃，保温20s；
(4)快速降温(用10s)至Ac1以下至690℃，保温90s；
(5)再用90s冷却至550℃保温5s；
(6)将再次保温后的T8钢快速冷却至室温(用10s)，完成球化退火。
通过以上综合控制，获得的球化退火后的碳化物呈球形颗粒状分布均匀，无大块铁素体区域的出现，评级为3级。但是无形中增加了一个工艺。
实施例3
(1)选用的T8钢为直径为3mm的线材，其成分按重量百分比含C：0.75-0.81％，Si：≤0.35％，Mn：≤0.4％，Cr：0.09～0.12％，Ni：≤0.07％，余量为Fe；
(2)快速升温(10s)至775℃，在此温度下保温20min至样品完全奥氏体化；
(3)快速降温(10s)至Ac1以上至745℃，保温20s；
(4)快速降温(用10s)至Ac1以下至690℃，保温180s；
(5)将再次保温后的T8钢快速冷却(用10s)至室温，完成球化退火。
通过以上综合控制，获得的球化退火后的碳化物呈球形颗粒状分布均匀，无大块铁素体区域的出现，评级为3级。第二次保温时间过长。
实施例4
(1)选用的T8钢为直径为3mm的线材，其成分按重量百分比含C：0.75-0.81％，Si：≤0.35％，Mn：≤0.4％，Cr：0.09～0.12％，Ni：≤0.07％，余量为Fe；
(2)快速升温(10s)至775℃，在此温度下保温20min至样品完全奥氏体化；
(3)快速降温(10s)至Ac1以上至745℃，保温20s；
(4)快速降温(用10s)至Ac1以下至690℃，保温90s；
(5)将再次保温后的T8钢快速冷却(用10s)至室温，完成球化退火。
通过以上综合控制，本实施例得到的试样金相组织照片如图4所示，从照片上可以看出，获得的球化退火后的碳化物呈球形颗粒状分布均匀，无大块铁素体区域的出现，评级为3级。且所用工艺时间最短。
本发明T8球化退火热处理工艺与对比球化退火热处理工艺参数见表1。
表1本发明球化退火热处理工艺与现有常规球化退火热处理工艺参数比较
本发明通过采用快速感应加热和短时间加热/保温，将原始退火态的层片状球状珠光体中的碳化物迅速打断溶解并析出细小球状碳化物形核核心，为后续两个温度段短时间保温,完成球化过程。这种短时间快速感应加热处理缩短了T8钢材总体的球化退火时间，提高了球化率，且碳化物尺寸和分布比常规球化退火热处理的到的要细小和均匀。
从以上实施例我们可以看出，为了能控制升降温速度，T8钢只能为棒材；而且棒材直径不能过大；直径过大(超过3.5mm),快速短时间感应加热,只能达到表面处理的效果,并不能够对样品心部组织达到热处理的效果,造成样品组织分布不均匀，本次发明只针对直径为3mm的线材,短时间感应加热很容易达到心部组织,既节省时间又减少了工艺，这也是本次发明的巧妙之处。
图1中的Ac1线又叫做共析线，是指含碳量在0.77％-2.11％的铁碳合金冷却到此线时，在727度恒温下发生共析转变，即A0.77％→F0.0218％+Fe3C。Ac3是加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度。对于除T8以外的材料，由于含碳量的不同和合金元素的改变，其AC1和AC3就会发生改变，热处理温度一般介于AC1和AC3之间，因此热处理温度随之发生变化，该工艺也就需要重新进行研究。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不仅限于此，因此任何依据本发明范围所作的同等替换或改变，都在本发明的保护范围之内。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (4)

1.一种T8碳素工具钢快速球化退火方法，其特征为该方法包括以下步骤：
将T8钢的棒材置入高频感应装置内，进行以下操作：
（1）用10s将棒材升温至775℃，在此温度下保温20min至样品完全奥氏体化；
(2) 再将棒材通过10s快速降温至加热至珠光体向奥氏体转变的开始温度以上至745℃之间的温度范围，并保温20~40s；
(3）用10s将棒材快速降温至珠光体向奥氏体转变的开始温度以下至690℃之间的温度范围，然后保温70-180s；
(4) 将再次保温后的棒材用10s快速冷却至室温，完成球化退火。
2.如权利要求1所述的T8钢快速球化退火的方法，其特征为所述的T8钢的成分按重量百分比含C：0.75-0.81％，Si：≤0.35％，Mn：≤0 .4％，Cr：0 .09～0.12％，Ni：≤0.07%，余量为Fe。
3.如权利要求1所述的T8碳素工具钢快速球化退火方法，其特征为所述的高频感应装置为Formastor高频感应装置，所述的T8钢棒材的直径为2.5-3.5mm。
4.如权利要求1所述的T8碳素工具钢快速球化退火方法，其特征为所述的珠光体向奥氏体转变的开始温度具体为714℃。
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