CN1107728C - 一种合金结构钢的晶粒超细化方法 - Google Patents

一种合金结构钢的晶粒超细化方法 Download PDF

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Abstract

一种合金结构钢的晶粒细化方法，属于金属热处理领域，主要适用于合金结构钢的晶粒超细化处理。具体步骤为：首先，在中温盐浴炉中将零件加热到Ac3+(50～80℃)，保温后空冷，然后在中温盐浴炉中将零件加热到Ac3+(30～50℃)保温，当零件均热后取出，置于Ms以下温度的油中淬油，淬油后进行如下循环快速热处理：将零件置于Ac3+(30～50℃)的盐浴炉中保温1～2分钟后，淬油，迅速将零件置于Ac3+(30～50℃)的盐浴炉中保温、淬油，重复进行上述操作4次，通过该方法可使合金结构钢的奥氏体晶粒细化至2-5μm。

Description

一种合金结构钢的晶粒超细化方法
本发明属于金属热处理领域，主要适用于合金结构钢的晶粒超细化处理。
六十年代中期，美国的R.A.Grange等在对具有高淬透性的铬-镍-钼钢0.10C-4.95Ni-0.58Cr-0.52Mo钢进行组织细化的过程中发现，通过感应扫描法对板状试样进行五次循环快速奥氏体化处理，便可获得奥氏体晶粒尺寸为3～5μm的超细组织，并申请了美国专利(Method of ProducingUltrafine-Grained Steel.U.S.Patent No.3178324)。八十年代末和九十年代初，在盐浴加热条件下，我国将循环快速热处理技术用于弹簧钢50CrVA和60Si2CrVA的生产中，获得了3～6μm的超细奥氏体晶粒(熊孟昆、王金瑞等。50CrVA钢丝晶粒超细化处理工艺及组织分析。机械工程材料，1987，11(1)：16-20)(张炼、杨思齐等。60Si2CrVA弹簧钢循环细晶热处理。金属科学与工艺，Mar.1992，11(1)：25-31)。R.A.Grange等采用感应扫描方法进行细化处理，并且铬-镍-钼钢的合金元素含量较高(超过了5％)，没有考虑到合金元素含量较低情况下的细化效果；熊孟昆和张炼等虽然降低了钢中的合金元素，但没有考虑到除弹簧钢外的其它合金结构钢，应用范围受到限制。
本发明的目的在于提供一种合金结构钢的晶粒超细化处理方法，通过该方法，不仅能使合金结构钢在合金元素含量不太高的情况下奥氏体晶粒细化至2-5μm，而且使其适用于除弹簧钢外的其它合金结构钢。
基于上述目的，本发明采用三种合金结构钢，化学成分如下(重量％)：
合金结构钢1：C0.35-0.45，Si0.17-0.37，Mn0.60-0.90，Cr0.90-1.20，Mo0.15-0.25，S≤0.040，P≤0.040；
合金结构钢2：C0.35-0.45，Si0.05-0.15，Mn0.30-0.60，Cr1.15-1.45，Mo0.40-0.70，Nb0.04-0.08，V0.15-0.35，S≤0.010，P≤0.010；
合金结构钢3：C0.35-0.45，Si0.05-0.15，Mn0.01-0.10，Cr0.90-1.20，Mo0.15-0.25，Ti0.02-0.04，S≤0.010，P≤0.010。
本发明采用循环快速热处理的主要工艺流程为：正火-淬火-快速奥氏体化(Ac3以上)-快速淬火(Ms以下)-快速奥氏体化(Ac3以上)-快速淬火(Ms以下)-......(循环若干次)，具体步骤如下：
首先，在中温盐浴炉中将零件加热到Ac3+(50～80℃)，保温10～60分钟后空冷，以使组织均匀化，然后，在中温盐浴炉中将零件加热到Ac3+(30～50℃)以使Cr、Mo、Nb、Ti等微合金化元素充分溶解，保温时间以零件截面内外温度一致为准，一般为10～30分钟，当零件均热后取出，置于Ms以下温度的油中淬油，以使零件获得全马氏体组织，淬油后进行如下循环快速热处理：将零件置于Ac3+(30～50℃)的盐浴炉中保温1～2分钟后，取出零件迅速淬油，油温低于Ms，淬油时间0.5～1分钟；再迅速将零件置于Ac3+(30～50℃)的盐浴炉中保温、淬油，重复进行上述操作3～4次。
循环快速热处理是细化合金结构钢晶粒的有效途径，本发明通过控制循环加热温度、循环保温时间和循环油淬时间，可使本发明所采用的合金结构钢的奥氏体晶粒尺寸细化至2～5μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、晶粒细化效果显著。
R.A.Grange和熊孟昆等人分别对铬-镍-钼钢和弹簧钢进行循环快速热处理时，可获得奥氏体晶粒为3～6μm的超细组织，而本发明可将实施例合金结构钢的奥氏体晶粒细化至2～5μm。
2、降低材料成本。
相比R.A.Grange合金元素含量较高的铬-镍-钼钢，本发明选用低合金结构钢或者加入少量V、Ti、Nb，降低了材料成本，提高性能价格比。
3、该方法适用钢种的范围进一步扩大。
熊孟昆等运用循环快速热处理技术获得了3～6μm的超细奥氏体晶粒，但只应用于弹簧钢中。本发明采用的循环快速热处理技术适用于所有合金结构钢。
附图说明
图1、2、3分别为实施例中制作的3批合金结构钢试件的奥氏体晶粒形貌图。
实施例。
采用本发明工艺方法制作了3批合金结构钢试件，3批试件的化学成分列于表1，晶粒超细化处理工艺参数及晶粒尺寸列于表2，3批试件的奥氏体晶粒形貌见附图1、2、3。从图中可以看出实施例合金结构钢的奥氏体晶粒＜5μm。
           表1实施例合金结构钢的化学成分(重量％)
表2实施例合金结构钢晶粒超细化处理工艺参数及晶粒尺寸
    批号1     批号2     批号3
正火     加热温度(℃)     900     900     900
    保温时间(s)     900     900     900
    冷却方式     空冷     空冷     空冷
淬火     加热温度(℃)     840     900     880
    保温时间(s)     600     900     600
    冷却方式     油冷     油冷     油冷
循环快速淬火 加热温度(℃) 840 830 860
    保温时间(s)     60     90     80
    淬火时间(s)     40     60     50
    冷却方式     油冷     油冷     油冷
    循环次数     4     4     4
    奥氏体晶粒尺寸(μm)     4.70     2.07     3.64

Claims (1)

1.一种合金结构钢的晶粒超细化方法，其特征在于该方法采用循环快速热处理的主要工艺流程为：正火-淬火-快速奥氏体化Ac3以上-快速淬火Ms以下-快速奥氏体化Ac3以上-快速淬火Ms以下-......循环若干次，具体步骤如下：
首先，在中温盐浴炉中将零件加热到Ac3+(50～80℃)，保温10～60分钟后空冷，以使组织均匀化，然后，在中温盐浴炉中将零件加热到Ac3+(30～50℃)以使Cr、Mo、Nb、Ti等合金化元素充分溶解，保温时间以零件截面内外温度一致为准，一般为10～30分钟，当零件均热后取出，置于Ms以下温度的油中淬油，以使零件获得全马氏体组织，淬油后进行如下循环快速热处理：将零件置于Ac3+(30～50℃)的盐浴炉中保温1～2分钟后，取出零件迅速淬油，油温低于Ms，淬油时间0.5～1分钟；再迅速将零件置于Ac3+(30～50℃)的盐浴炉中保温、淬油，重复进行上述操作3～4次。
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