CN110819781B - 一种高速钢线材循环形变热处理方法 - Google Patents

一种高速钢线材循环形变热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速钢线材循环形变热处理方法，可增加细小碳化物颗粒弥散度，提高组织质量，提升高速钢线材的加工和使用性能。本发明的主要特点是对等轴化处理的高速钢线材循环进行冷变形加工、碳偏聚处理和重结晶退火，等轴化处理温度760～820℃、保温10min～1h，冷加工应变量介于0.1～0.3，而后加热至400～700℃保温30min～3h进行碳偏聚处理，再在850～900℃加热1～4h进行重结晶退火；冷变形加工应变量每提高0.05，碳偏聚处理温度升高50～100℃，重结晶退火温度升高10～20℃；冷变形加工、碳偏聚处理和重结晶退火工艺步骤循环次数不少于2次。采用本方法生产出的高速钢线材具有细小碳化物颗粒数量多、组织质量高等优点，拥有良好的加工性能和使用性能。

Description

一种高速钢线材循环形变热处理方法
技术领域
本发明涉及一种高速钢线材循环形变热处理方法，具体涉及一种增加碳化物颗粒数量及弥散度、提高线材组织质量和力学性能的方法。
背景技术
高速钢因具有高硬度、高耐磨性、良好的红硬性等优点，广泛应用于制造各种铣刀、刨齿刀、车刀、麻花钻、双金属锯条等高效精密加工工具，是现代高端装备制造业的重要基础材料。碳化物颗粒作为高速钢的重要强化相，其数量、尺寸、形态、分布对高速钢性能影响很大。
高速钢工具采用高速钢棒线材制造，其制备流程为：冶炼→精炼→浇铸→电渣重熔→锻造→轧制→棒线材。由于高速钢的成分及组织特点，高速钢线材在加工和热处理过程中极易产生碳化物颗粒粗大、数量少、分布不均等问题，对高速钢线材加工性能及使用性能产生不利影响，如线材塑性差、材料耐磨性不足等。
现有改善高速钢线材性能的工艺方法包括：采用新型特种精炼工艺，提高钢水纯净度；减少钢中S、P及其他有害元素含量；采用微合金化处理、形变热处理工艺优化等，控制钢中碳化物分布及尺寸；采用完全退火或中间退火，通过晶格重组或原子迁移，消除加工缺陷。
上述工艺方法不同程度改善了高速钢线材性能，提高了碳化物分布均匀度，细化了碳化物尺寸，能够满足常规工具材料的组织性能要求，但无法达到高端切削工具的高品质要求。这是由于，采用上述工艺生产的线材仍然存在碳化物颗粒尺寸及弥散度不足等组织缺陷问题，特别是对于经过反复高温形变热处理的产品，这一问题更为突出。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供了一种高速钢线材循环形变热处理方法，可增加碳化物颗粒数量及弥散度，提高线材组织质量和力学性能，有效改善了传统方法生产的高速钢线材碳化物尺寸偏大、数量少、分布不均等组织缺陷问题。
技术方案：本发明采用的一种高速钢线材循环形变热处理方法，采用等轴化处理，控制高速钢线材初始组织；采用冷变形加工，控制应变量，引入晶体缺陷；通过碳偏聚处理，改变材料内部合金元素特别是碳元素分布状态，为后续的重结晶退火做好组织准备；控制重结晶退火加热温度及时间，获得细小弥散析出的碳化物颗粒；通过循环进行冷变形、元素偏聚处理和重结晶退火，控制循环次数，同时协同联动调整冷变形应变量、碳偏聚处理温度、重结晶退火温度，产生碳化物析出增强效应，显著提升碳化物颗粒弥散度。
该方法包括如下步骤：
1)等轴化处理：对高速钢线材等轴化处理，获得特定的初始组织形态；
2)冷变形加工：对退火态高速钢线材冷加工；
3)碳偏聚处理：对冷加工线材进行碳偏聚处理；
4)重结晶退火：对碳偏聚处理的高速钢线材重结晶退火；
5)循环进行上述步骤2)～4)。
其中，步骤1)中，等轴化处理温度为760～820℃，保温时间10min～1h。
步骤1)中所述的初始组织为“铁素体+碳化物颗粒”复相组织，其中铁素体晶粒平均尺寸5～20μm，碳化物颗粒数量密度1×105～1×108mm-3。
步骤2)中所述冷变形加工，应变量0.1～0.3。
步骤3)中碳偏聚处理温度为400～700℃，时间30min～3h。
步骤4)中，重结晶退火加热温度为850～900℃，保温时间1～4h。
步骤2)中冷变形加工、步骤3)中碳偏聚处理、步骤4)中重结晶退火的工艺参数必须协同联动调整；冷变形加工应变量每提高0.05，碳偏聚处理温度升高50～100℃，重结晶退火温度升高10～20℃。
步骤5)中冷变形加工、碳偏聚处理和重结晶退火循环次数不少于2次。
有益效果：与现有工艺方案及产品相比，本发明通过对高速钢线材循环进行冷变形、碳偏聚处理和重结晶退火，协同联动调整其工艺参数，显著提升高速钢线材弥散度，碳化物尺寸小、数量多，组织质量高，具有良好的加工及使用性能，满足了高端精密加工工具的高质量要求。
具体实施方式
通过对高速钢线材等轴化处理，控制获得特定的线材初始组织状态，即铁素体晶粒平均尺寸5～20μm，碳化物数量密度1×105～1×108mm-3；对上述线材进行冷变形加工，控制应变量，引入晶体缺陷；通过碳偏聚处理，改变材料内部合金元素特别是碳元素分布状态，为后续的重结晶退火做好必要的组织准备；控制重结晶退火加热温度及时间，获得细小弥散析出的碳化物颗粒；通过循环进行冷变形、元素偏聚处理和重结晶退火，控制循环次数，同时协同联动调整冷变形、元素偏聚处理、重结晶退火工艺参数，产生碳化物析出增强效应，提升碳化物颗粒弥散度。
以下结合具体实施例对本发明的生产工艺进行详细说明。
实施例1：
对M42高速钢线材进行如下处理：
(1)将M42高速钢线材加热到760℃，保温1h；
(2)对M42高速钢线材进行冷加工，应变量为0.1；
(3)将上述冷加工M42线材加热到400℃，保温3h；
(4)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到850℃，保温4h，炉冷退火；
(5)对重结晶退火的M42高速钢线材继续冷加工，应变量为0.15；
(6)将上述冷加工M42线材加热到450℃，保温2.5h；
(7)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到860℃、保温3h，炉冷退火；
(8)待M42线材冷至500℃，出炉空冷。
实施例2：
对M42高速钢线材进行如下处理：
(1)将M42高速钢线材加热到820℃，保温10min；
(2)对M42高速钢线材进行冷加工，应变量为0.3；
(3)将上述冷加工M42线材加热到700℃，保温30min；
(4)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到900℃，保温1h，炉冷退火；
(5)对重结晶退火的M42高速钢线材继续冷加工，应变量为0.2；
(6)将上述冷加工M42线材加热到550℃，保温2h；
(7)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到880℃、保温2h，炉冷退火；
(8)待M42线材冷至500℃，出炉空冷。
实施例3：
对M42高速钢线材进行如下处理：
(1)将M42高速钢线材加热到780℃，保温20min；
(2)对M42高速钢线材进行冷加工，应变量为0.2；
(3)将上述冷加工M42线材加热到550℃，保温2h；
(4)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到880℃，保温2h，炉冷退火；
(5)对重结晶退火的M42高速钢线材继续冷加工，应变量为0.3；
(6)将上述冷加工M42线材加热到650℃，保温1h；
(7)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到900℃、保温1h，炉冷退火；
(8)对重结晶退火的M42高速钢线材继续冷加工，应变量为0.1；
(9)将上述冷加工M42线材加热到450℃，保温3h；
(10)将上述碳偏聚处理M42高速钢线材加热到850℃、保温4h，炉冷退火；
(11)待M42线材冷至500℃，出炉空冷。
实施例4：
对M2高速钢线材进行如下处理：
(1)将M2高速钢线材加热到800℃，保温20min；
(2)对M2高速钢线材进行冷加工，应变量为0.1；
(3)将上述冷加工M2线材加热到400℃，保温3h；
(4)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到850℃，保温4h，炉冷退火；
(5)对重结晶退火的M2高速钢线材继续冷加工，应变量为0.2；
(6)将上述冷加工M2线材加热到600℃，保温2h；
(7)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到870℃、保温3h，炉冷退火；
(8)待M2线材冷至500℃，出炉空冷。
实施例5：
对M2高速钢线材进行如下处理：
(1)将M2高速钢线材加热到780℃，保温30min；
(2)对M2高速钢线材进行冷加工，应变量为0.2；
(3)将上述冷加工M2线材加热到550℃，保温2h；
(4)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到880℃，保温2h，炉冷退火；
(5)对重结晶退火的M2高速钢线材继续冷加工，应变量为0.3；
(6)将上述冷加工M2线材加热到650℃，保温1.5h；
(7)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到890℃、保温2h，炉冷退火；
(8)待M2线材冷至500℃，出炉空冷。
实施例6：
对M2高速钢线材进行如下处理：
(1)将M2高速钢线材加热到760℃，保温1h；
(2)对M2高速钢线材进行冷加工，应变量为0.3；
(3)将上述冷加工M2线材加热到600℃，保温2h；
(4)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到880℃，保温2h，炉冷退火；
(5)对重结晶退火的M2高速钢线材继续冷加工，应变量为0.2；
(6)将上述冷加工M2线材加热到500℃，保温3h；
(7)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到870℃、保温3h，炉冷退火；
(8)对重结晶退火的M2高速钢线材继续冷加工，应变量为0.2；
(9)将上述冷加工M2线材加热到550℃，保温2h；
(10)将上述碳偏聚处理M2高速钢线材加热到880℃、保温2h，炉冷退火；
(11)待M2线材冷至500℃，出炉空冷。

Claims (3)

1.一种高速钢线材循环形变热处理方法，其特征在于采用等轴化处理，控制高速钢线材初始组织；采用冷变形加工，控制应变量，引入晶体缺陷；通过碳偏聚处理，改变材料内部合金元素分布状态，为后续的重结晶退火做好组织准备；控制重结晶退火加热温度及时间，获得细小弥散析出的碳化物颗粒；通过循环进行冷变形、元素偏聚处理和重结晶退火，控制循环次数，同时协同联动调整冷变形应变量、碳偏聚处理温度、重结晶退火温度，产生碳化物析出增强效应，显著提升碳化物颗粒弥散度；
该方法包括如下步骤：
1）等轴化处理：对高速钢线材等轴化处理，获得特定的初始组织形态；
2）冷变形加工：对退火态高速钢线材冷加工；
3）碳偏聚处理：对冷加工线材进行碳偏聚处理；
4）重结晶退火：对碳偏聚处理的高速钢线材重结晶退火；
5）循环进行上述步骤2）～4）；
其中，
步骤1）中，等轴化处理温度为760～820℃，保温时间10min～1h；所述的初始组织为“铁素体+碳化物颗粒”复相组织，其中铁素体晶粒平均尺寸5～20μm，碳化物颗粒数量密度1×105～1×108 mm-3；
步骤2）中所述冷变形加工，应变量0.1～0.3；
步骤3）中碳偏聚处理温度为400～700℃，时间30min～3h；
步骤4）中，重结晶退火加热温度为850～900℃，保温时间1～4h；
步骤2）中冷变形加工、步骤3）中碳偏聚处理、步骤4）中重结晶退火的工艺参数必须协同联动调整；冷变形加工应变量每提高0.05，碳偏聚处理温度升高50～100℃，重结晶退火温度升高10～20℃。
2.根据权利要求1所述的一种高速钢线材循环形变热处理方法，其特征在于，所述合金元素是碳元素。
3.根据权利要求1所述的一种高速钢线材循环形变热处理方法，其特征在于，步骤5）中冷变形加工、碳偏聚处理和重结晶退火循环次数不少于2次。
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