CN110983001A - 32CrB4感应调质工艺 - Google Patents

32CrB4感应调质工艺 Download PDF

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CN110983001A CN201911385957.1A CN201911385957A CN110983001A CN 110983001 A CN110983001 A CN 110983001A CN 201911385957 A CN201911385957 A CN 201911385957A CN 110983001 A CN110983001 A CN 110983001A
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Abstract

本申请涉及32CrB4热处理工艺技术领域，尤其是涉及一种32CrB4感应调质工艺，用于由32CrB4制作而成的钢件，32CrB4感应调质工艺包括如下步骤：步骤100、利用感应调质加热装置使钢件经过淬火加热区，进行淬火加热处理；步骤200、钢件经过淬火加热处理后，再通过感应调质冷却装置进行淬火冷却处理；步骤300、钢件经过淬火冷却处理后，再通过感应调质加热装置经过回火加热区，进行回火加热处理；步骤400、钢件在回火加热处理后，在工业冷床上进行冷却。对钢件采用单支感应热加以及单支控温冷却工艺，其中涉及多区段淬火加热以及多区段回火加热，生产出的钢件金相组织以及硬度均匀、散差小，变形微小，耗能小。

Description

32CrB4感应调质工艺
技术领域
本申请涉及32CrB4热处理工艺技术领域，尤其是涉及一种 32CrB4感应调质工艺。
背景技术
目前，材料32CrB4主要面向欧洲市场开发，主要应用于生产风力发电的紧固件，其在加工使用前需要进行热处理，现有的热处理加热方式及冷却方式，生产后材料的硬度和力学性能等各项性能指标分散度大，金相组织不均匀以及变形难以控制，故热处理的质量不稳定，致使采用32CrB4加工出的紧固件存在强度不均、受力不均以及应力残留的问题，从而使得风力发电系统中的紧固件在使用的过程易受强风、海水腐蚀等外界因素影响较大，造成高强度紧固件提前失效，降低了风力发电主塔的使用寿命。
发明内容
本申请的目的在于提供一种32CrB4感应调质工艺，在一定程度上解决了现有技术中存在的经过普通热处理后的32CrB4，其硬度散差大、金相组织不均匀以及变形难以控制等，即热处理的质量不稳定，进而导致其生产出的紧固件在使用过程中易失效，使用寿命短的技术问题。
本申请提供了一种32CrB4感应调质工艺，包括如下步骤：
步骤100、利用感应调质加热装置使所述钢件经过淬火加热区，进行淬火加热处理；
步骤200、所述钢件经过淬火加热处理后，再通过感应调质冷却装置进行淬火冷却处理；
步骤300、所述钢件经过淬火冷却处理后，再通过所述感应调质加热装置经过回火加热区，进行回火加热处理；
步骤400、所述钢件经过回火加热处理后，在工业冷床上进行自然冷却。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述淬火加热区包括第一淬火加热区、第二淬火加热区、第三淬火加热区、第四淬火加热区以及第五淬火加热区；
其中，所述第一淬火加热区的温度为760-780℃；所述第二淬火加热区的温度为840-860℃；所述第三淬火加热区的温度为 900-910℃；所述第四淬火加热区的温度为900-910℃；所述第五淬火加热区的温度为870-880℃。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述回火加热区包括第一回火加热区、第二回火加热区、第三回火加热区、第四回火加热区、第五回火加热区以及第六回火加热区；
其中，所述第一回火加热区的温度为460-480℃；所述第二回火加热区的温度为550-560℃；所述第三回火加热区的温度为 550-560℃；所述第四回火加热区的温度为550-560℃；所述第五回火加热区的温度为550-560℃；所述第六回火加热区的温度为 550-560℃。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤100至所述步骤 400中，所述钢件的数量均为单个。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤100、所述步骤 300以及所述步骤400中，所述钢件处于以其自身的轴线为中心旋转的状态。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述钢件的旋转速度为 85-95r/min。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤200中，淬火冷却温度控制在90-110℃。
在上述任一技术方案中，进一步地，淬火冷却后的所述钢件的硬度大于等于45HRC。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤200中，淬火介质的质量浓度为5-7％。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤100和所述步骤 300中，所述钢件在所述感应调质加热装置中的传送速度均控制在 3-6m/min。
在上述任一技术方案中，进一步地，自然冷却后的所述钢件的硬度在325-375HV之间。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的32CrB4感应调质工艺，对钢件采用感应热加以及控温冷却工艺，钢件的整个外周均处于相同的加热或者冷却的环境中，即避免了传统热处理炉仅是对钢件的一面或者两面加热，或者是加热源距离钢件的距离不同的问题，因而，采用本工艺生产出的钢件的金相组织以及硬度均匀、硬度散差小，变形微小，后续不需要校直矫正处理，原材料预留尺寸量小，车削量小，为后续加工型企业减少了成本及浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的32CrB4感应调质工艺的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的32CrB4感应调质工艺的又一流程示意图；
图3为本申请实施例提供的试验件一淬火处理后得到的试验件一的近表层的马氏体的金相图；
图4为本申请实施例提供的试验件一淬火处理后得到的距离试验件一的芯部四分之一处的马氏体的金相图；
图5为本申请实施例提供的试验件一淬火处理后得到的试验件一的芯部的马氏体的金相图；
图6为本申请实施例提供的试验件二淬火处理后得到的试验件二的近表层的马氏体的金相图；
图7为本申请实施例提供的试验件二淬火处理后得到的距离试验件二的芯部四分之一处的马氏体的金相图；
图8为本申请实施例提供的试验件二淬火处理后得到的试验件二的芯部的马氏体的金相图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参照图1至图8描述根据本申请一些实施例所述的32CrB4 感应调质工艺。
参见图1所示，本申请的实施例提供了一种32CrB4感应调质工艺，包括如下步骤：
步骤101、利用感应调质加热装置使所述钢件经过淬火加热区，进行淬火加热处理；
步骤102、所述钢件经过淬火加热处理后，再通过感应调质冷却装置进行淬火冷却处理；
步骤103、所述钢件经过淬火冷却处理后，再通过所述感应调质加热装置经过回火加热区，进行回火加热处理；
步骤104、所述钢件经过回火加热处理后，在工业冷床上进行自然冷却。
根据以上工艺步骤描述可知，对钢件采用上述的感应热加以及控温冷却工艺，加之钢件的整个外周均处于相同的加热或者冷却的环境中，即避免了传统热处理炉仅是对钢件的一面或者两面加热，或者是加热源距离钢件的距离不同的问题，因而，采用本工艺生产出的钢件的金相组织以及硬度均匀、硬度散差小，变形微小，后续不需要校直矫正处理，原材料预留尺寸量小，车削量小，为后续加工型企业减少了成本及浪费，尤其对于上述步骤100至步骤400中，均是对单个钢件进行对应的热处理，即单个钢件在传送带上依次经过上述热处理设备进行对应的热处理工艺，即保证单个钢棒的外周受热以及冷却更均匀，热处理后产生上述效果的基础上更佳，即进一步避免了以往多根钢棒堆叠在加热炉内进行热处理，受热冷却不均匀，导致组织和性能不均匀的问题。
其中，32CrB4材料中包含一定量的B，可以提高含碳量在 0.30-0.34钢种的淬透性，可以降低其它合金元素的含量，即减少合金元素添加，减少资源浪费，本材料加之本申请的热处理工艺后，可以满足10.9级高强度螺栓的力学性能，降低合金钢的使用成本，满足市场的需要。
其中，淬火介质的成分包括：氯化钠、硫酸盐、碳酸盐、总氮量、钙镁铁总量、水不溶物以及水，各成分之间的配比(质量分数，％)为：氯化钠≥98％，硫酸盐≤0.05％，碳酸盐≤0.05％，总氮量≤0.05％，钙镁铁总量≤0.10％，水不溶物≤0.10％，水≤1.00％；上述淬火介质的浓度控制在5-7％；淬火冷却温度控制在90-110℃，经过淬火冷却处理后的钢件的硬度大于等于45HRC。
其中，钢件自然冷却后，用维氏硬度计检测其硬度，在325-375HV 的范围内，即精准地控制热处理后硬度，使得钢件的硬度在一定范围内。
其中，钢件淬火处理后得到钢件90％马氏体(具体可参见图3至图8所示)，回火处理后得到回火索氏体。
其中，可选地，在步骤100和步骤300中，单支钢件在感应调质加热装置中的传送速度控制在3-6m/min，且保证相邻的两个单支钢件之间的间隙控制在20mm以内，减少每支钢件的两端头的加热盲区。
其中，可选地，感应调质加热装置为现有市面上可购买的环形加热感应器，感应调质冷却装置均为现有市面上可购买的冷却器，淬火冷却喷水器包括环形架本体和喷头，环形架本体的内部设置有喷水口，喷头与喷水口配合，且喷水头与高压水箱连接，工作时喷头可以将高压水注入喷水口，然后设置在环形架本体内壁的多个喷水口以 360度的方向对钢件本体进行淬火冷却，达到淬火无盲区，无软点，无软带。喷水口的轴线延长线经过钢件本体的轴心，确保喷出的冷却水能够对钢件进行冷却作业。
需要指出的是，通过对单只钢件本体的360°方向上的淬火冷却处理，使其硬度、金相组织、力学性能均匀，散差小。
其中，可选地，钢件可为单支钢棒，当然，不仅限于此。
在该实施例中，所述淬火加热区包括第一淬火加热区、第二淬火加热区、第三淬火加热区、第四淬火加热区以及第五淬火加热区；
其中，第一淬火加热区的温度为760-780℃；第二淬火加热区的温度为840-860℃；第三淬火加热区的温度为900-910℃；第四淬火加热区的温度为900-910℃；第五淬火加热区的温度为870-880℃。
通过感应调质加热装置快速升温到奥氏体化开始转变温度即临界点温度Ac3以上，也就是如上所述的第一淬火加热区，使得钢件在此温度下组织快速转变成奥氏体组织，也使得后续升温更快，再经过第二加热区段，完全奥氏体化，而后再依次经过两个淬火加热区进行保温处理，使得奥氏体均匀化，最后在经过亚临界淬火加热区进行加热，即钢材在上述的淬火与下述的回火之间增加一次不完全淬火，可获得马氏体与一定数量细小均匀分布的铁素体的混合组织，这可以抑制高温回火脆性，降低脆性转化温度，提高钢的强韧性。
其中，钢件进入感应调质加热装置后直接处于温度大于临界点温度Ac3的环境中加热，升温更快，提升了热处理的效率，提高了生产率，此外，分段加热，可根据需要设置成不同的温度段，避免了整个处理区间必须保持在同一高温的状态，而是根据实际需要设置成不同的温度段，即在保证加热效率的同时，节省了能耗，且减轻了感应调质加热装置的负担，避免了以往的需要整体达到某一指定的较高的热处理温度，而致使加热功率过大，可能造成设备损坏的问题。
当然，不仅限于包括上述五个淬火加热区，还可包括其他淬火加热区。
在该实施例中，回火加热区包括第一回火加热区、第二回火加热区、第三回火加热区、第四回火加热区、第五回火加热区以及第六回火加热区；
其中，第一回火加热区的温度为460-480℃；第二回火加热区的温度为550-560℃；第三回火加热区的温度为550-560℃；第四回火加热区的温度为550-560℃；第五回火加热区的温度为550-560℃；第六回火加热区的温度为550-560℃。
前两个回火加热区的温度成逐渐升高的态势，温度越高，释放应力更完全，软化效果更好，即钢件的塑形和韧性更好，回火效果更佳，此外，后四个回火段起到均匀组织的作用，使得钢件的金相组织以及硬度均匀，力学性能一致，变形微小，后续不需要校直矫正处理。
上述热处理加热工艺也具有与前述的淬火加热的工艺具有相同的效果，效果如下：钢件进入感应调质加热装置后直接处于温度低于临界点温度Ac1的环境中加热，即迅速处于指定的温度环境中热处理，提升了热处理的效率，提高了生产率。
此外，分段加热，可根据需要设置成不同的温度段，避免了整个处理区间必须保持在同一高温的状态，而是根据实际需要设置成不同的温度段，即在保证加热效率的同时，节省了能耗，且减轻了感应调质加热设的负担，避免了以往需要整体达到某一指定的较高的热处理温度，而致使加热功率过大，可能造成设备损坏的问题。
当然，不仅限于包括上述六个回火加热区，还可包括其他回火加热区。
在该实施例中，如图1至图3所示，在步骤100、步骤300以及步骤400中，钢件处于以其自身的轴线为中心旋转的状态。
在对钢件进行自然冷却、淬火加热以及回火加热处理时，钢件均处于旋转状态，通过控制钢件匀速旋转，进而提高了钢件的加热或散热的均匀性，提高钢件的处理效果。
其中，可选地，钢件的旋转速度为85-95r/min。参见图2所示， 32CrB4感应调质工艺包括如下详细步骤：
步骤201、通过感应调质加热装置将钢件依次经过第一淬火加热区、第二淬火加热区、第三淬火加热区、第四淬火加热区以及第五淬火加热区进行淬火加热处理，且钢件处于以其自身的轴线为中心旋转的状态；其中，第一淬火加热区的温度为760-780℃；第二淬火加热区的温度为840-860℃；第三淬火加热区的温度为900-910℃；第四淬火加热区的温度为900-910℃；第五淬火加热区的温度为 870-880℃；
钢件的传送速度控制3-6m/min，且在上述传送过程中，钢件一直处于以其自身的轴线为中心旋转的状态；
步骤202、淬火加热处理后的钢件再通过感应调质冷却装置进行淬火冷却处理，淬火冷却温度控制在90-110℃，经过淬火冷却处理后的钢件的硬度大于等于45HRC；
钢件的传送速度控制3-6m/min，且在上述传送过程中，钢件一直处于以其自身的轴线为中心旋转的状态；
步骤203、淬火冷却后的钢件再通过感应调质加热装置依次经过第一回火加热区、第二回火加热区、第三回火加热区、第四回火加热区、第五回火加热区以及第六回火加热区进行回火加热处理；其中，第一回火加热区的温度为460-480℃；第二回火加热区的温度为550-560℃；第三回火加热区的温度为550-560℃；第四回火加热区的温度为550-560℃；第五回火加热区的温度为550-560℃；第六回火加热区的温度为550-560℃；
钢件的传送速度控制3-6m/min，且在上述传送过程中，钢件一直处于以其自身的轴线为中心旋转的状态；
步骤204、回火加热处理后的钢件在工业冷床上进行自然冷却，且钢件处于以其自身的轴线为中心旋转的状态。
可见，对钢件采用上述的单支感应热加以及单支控温冷却工艺，生产出的钢件的金相组织以及硬度均匀、硬度散差小，变形微小，后续不需要校直矫正处理，原材料预留尺寸量小，车削量小。
钢件依次经过多个淬火加热区进行加热处理，使得钢件的组织快速转变成奥氏体组织，而后完全奥氏体化，最后再进行保温处理，使得奥氏体更加均匀化。其中，钢件进入感应调质加热装置后直接处于温度大于临界点温度Ac3的环境(如下所述的第一淬火加热区)中加热，钢件升温更快，完全奥氏体化所用的时间更短，提升了热处理的效率，提高了生产率，此外，分段加热，可根据需要设置成不同的温度段，避免了整个处理区间必须保持在同一高温的状态，而是根据实际需要设置成不同的温度段，即在保证加热效率的同时，节省了能耗，且减轻了感应调质加热装置的负担，避免了以往需要整体达到某一指定的较高的热处理温度，而致使加热功率较大，可能造成设备损坏的问题。
钢件依次经过多个回火加热区进行加热处理，释放应力更完全，软化效果更好，即钢件的塑形和韧性更好，回火效果更佳，使得钢件的金相组织以及硬度均匀，力学性能一致，变形微小，且采用多段回火加热区也具有上述在保证加热效率的情况下，节能的优点以及防止设备损坏的问题出现。
具体地，取产品规格为：
Figure BDA0002342359240000111
的钢棒(单位cm×mm)作为试验件一；上述第一淬火加热区的温度为775℃、第二淬火加热区的温度为850℃、第一淬火加热区的温度为905℃、第一淬火加热区的温度为905℃、第一淬火加热区的加热温度为875℃；上述的第一回火加热段的温度为470℃、第二回火加热段的温度为555℃、第三回火加热段的温度为555℃、第四回火加热段的温度为555℃以及第五回火加热段的温度为555℃。
钢棒经过上述热处理后得到马氏体，具体地，参见图3所示，钢棒的近表层的马氏体含量大于等于95％；参见图4所示，距离钢棒的芯部四分之一处的马氏体含量大于等于95％；参见图5所示，钢棒的芯部的马氏体含量大于等于95％。
配合上述热处理数据，钢棒经过本热处理工艺处理后，钢棒的表面硬度为33-34.5HRC，距离钢棒的芯部1/2R处硬度为35.5-37HRC，芯部硬度为35.5-37HRC。
屈服强度Rp0.2＝1033Mpa，抗拉强度＝1094Mpa，断后伸长率(％)＝14，屈强比(％)＝94，断面收缩率(％)＝59，冲击韧性(冲击值)＝62J/cm2。
具体地，取产品规格为：
Figure BDA0002342359240000121
的钢棒(单位cm×mm)作为试验件二；采用上述相同的热处理工艺，钢棒经过上述热处理后得到马氏体，具体地，参见图6所示，钢棒的近表层的马氏体含量大于等于95％；参见图7所示，距离钢棒的芯部四分之一处的马氏体含量大于等于95％；参见图8所示，钢棒的芯部的马氏体含量大于等于 95％。
上述热处理后的钢棒的屈服强度Rp0.2＝1045Mpa，抗拉强度＝1100Mpa，断后伸长率(％)＝13，屈强比(％)＝95，断面收缩率(％)＝60，冲击韧性(冲击值)＝60J/cm2。
具体地，取产品规格为：
Figure BDA0002342359240000122
的钢棒(单位cm×mm)；上述第一淬火加热区的温度为760℃、第二淬火加热区的温度为 860℃、第一淬火加热区的温度为900℃、第一淬火加热区的温度为 910℃、第一淬火加热区的加热温度为870℃；上述的第一回火加热段的温度为460℃、第二回火加热段的温度为560℃、第三回火加热段的温度为550℃、第四回火加热段的温度为560℃以及第五回火加热段的温度为550℃；配合上述热处理数据，钢棒经过本热处理工艺处理后，钢棒的表面硬度为33-35HRC，距离钢棒的芯部1/2R处硬度为35.5-37HRC，芯部硬度为35.5-37HRC。
屈服强度Rp0.2＝1023Mpa，抗拉强度＝1087Mpa，断后伸长率(％)＝14.5，屈强比(％)＝94，断面收缩率(％)＝62，冲击韧性(冲击值)＝60J/cm2。
可见，32CrB4经过本热处理工艺处理后的硬度的散差小，组织更加均匀、力学性能更加稳定、可控，即实现了材料稳定的强度、韧性等综合力学性能。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种32CrB4感应调质工艺，用于由所述32CrB4制作而成的钢件，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、利用感应调质加热装置使所述钢件经过淬火加热区，进行淬火加热处理；
步骤200、所述钢件经过淬火加热处理后，再通过感应调质冷却装置进行淬火冷却处理；
步骤300、所述钢件经过淬火冷却处理后，再通过所述感应调质加热装置经过回火加热区，进行回火加热处理；
步骤400、所述钢件经过回火加热处理后，在工业冷床上进行自然冷却。
2.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，所述淬火加热区包括第一淬火加热区、第二淬火加热区、第三淬火加热区、第四淬火加热区以及第五淬火加热区；
其中，所述第一淬火加热区的温度为760-780℃；所述第二淬火加热区的温度为840-860℃；所述第三淬火加热区的温度为900-910℃；所述第四淬火加热区的温度为900-910℃；所述第五淬火加热区的温度为870-880℃。
3.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，所述回火加热区包括第一回火加热区、第二回火加热区、第三回火加热区、第四回火加热区、第五回火加热区以及第六回火加热区；
其中，所述第一回火加热区的温度为460-480℃；所述第二回火加热区的温度为550-560℃；所述第三回火加热区的温度为550-560℃；所述第四回火加热区的温度为550-560℃；所述第五回火加热区的温度为550-560℃；所述第六回火加热区的温度为550-560℃。
4.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，在所述步骤100至所述步骤400中，所述钢件的数量均为单个。
5.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，在所述步骤100、所述步骤300以及所述步骤400中，所述钢件处于以其自身的轴线为中心旋转的状态。
6.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，在所述步骤200中，淬火冷却温度控制在90-110℃。
7.根据权利要求6所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，淬火冷却后的所述钢件的硬度大于等于45HRC。
8.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，在所述步骤200中，淬火介质的质量浓度为5-7％。
9.根据权利要求1所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，在所述步骤100和所述步骤300中，所述钢件在所述感应调质加热装置中的传送速度均控制在3-6m/min。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的32CrB4感应调质工艺，其特征在于，自然冷却后的所述钢件的硬度在325-375HV之间。
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