CN111471839B - 一种提高s48c材质冲击性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高S48C材质冲击性能的方法，为：1)一次淬火前加热；2)一次淬火；3)二次淬火前加热；4)二次淬火；5)回火。本发明采用优化热处理工艺来细化珠光体组织及细化晶粒度，提高S48C材质环件的冲击韧性及屈服强度，本发明采用2次淬火的手段来达到细化珠光体组织及晶粒，在保证屈服强度≥500MPa的情况下保证冲击韧性aKU2≥69J/mm2，工艺通过一次淬火来达到第一次细化珠光体组织及晶粒，随后再进行二次淬火冷却进一步细化珠光体组织及晶粒。

Description

一种提高S48C材质冲击性能的方法
技术领域
本发明属于合金领域，具体涉及一种提高S48C材质冲击性能的方法。
背景技术
S48C材质为日本的普通碳钢材料，主要运用在挖掘机等的回转支承上，相当于我们国内的50Mn材质，对于某些要求高的回转支承，不但要求屈服强度ReL≥500Mpa，而且常温冲击性能要求aKU2≥69J/mm2，强度与冲击韧性为一对相互制约的指标，通常材料提高强度冲击韧性将降低。根据统计，在这种情况下S48C材质冲击aKU2仅能50J/mm2，屈服强度ReL≥500MPa合格率仅为57％。
发明内容
本发明提供一种提高S48C材质冲击性能的方法，在保证强度在较高的水平的情况下，冲击韧性也提高，满足高性能S48材质回转支承技术要求。
本发明技术方案如下：
一种提高S48C材质冲击性能的方法，包括以下步骤：
1)一次淬火前加热；
2)一次淬火；
3)二次淬火前加热；
4)二次淬火；
5)回火。
进一步的，步骤1)中一次淬火前加热温度850±10℃；加热系数1.2-1.4min/mm。即，加热时间与工件有效热处理厚度成正比，加热时间＝1.2-1.4×工件有效热处理厚度，其中，加热时间单位是min，工件有效热处理厚度单位为mm。
步骤2)中所述的一次淬火，淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃。
步骤2)中，一次淬火系数1.8-2.0s/mm，即，一次淬火时间与工件有效热处理厚度成正比，一次淬火时间＝1.8-2.0×工件有效热处理厚度，其中，一次淬火时间单位是s，工件有效热处理厚度单位为mm。
一次淬火：使工件快速冷却并发生相变，获得较小的组织，为二次加热细化晶粒提供部分驱动力，淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，为增加冷却能力及冷却的均匀性，冷却过程中进行机械搅拌，淬火的时间的确定根据工件有效热处理厚度来确定。
步骤3)中所述二次淬火前加热，采用840±10℃进行加热。加热系数1.2-1.4min/mm。加热时间与工件有效热处理厚度成正比，优选的，加热时间＝1.2-1.4×工件有效热处理厚度，其中，加热时间单位是min，工件有效热处理厚度单位为mm。
二次淬火前加热相对与一次淬火前加热要适当的降低加热温度，其它要求与一次淬火前加热温度相同。
步骤4)中所述二次淬火，淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃。
步骤4)中，二次淬火系数3.0-3.3s/mm。二次淬火时间与工件有效热处理厚度成正比，二次淬火时间＝3.0-3.3×工件有效热处理厚度，其中，二次淬火时间单位是s，工件有效热处理厚度单位为mm。
二次淬火时间相对一次淬火时间要长，保证工件充分冷却。
步骤5)所述回火，回火温度为610±10℃，回火时间＝180～200+(工件有效热处理厚度-120)×加热系数，回火时间单位为min；工件有效热处理厚度单位mm，加热系数为1-1.2min/mm。
工件完成二次淬火后及时装入回火炉进行回火，要保证高的屈服强度。
S48C为亚共析钢材质，一次淬火前加热温度、二次淬火前加热温度为采用AC3+30-50℃来确定，加热时间系数根据产品壁厚以产品透烧均化为原则进行设定，强度与冲击韧性为一对相互制约的指标，要获得高的强度，就会损失一定的韧性指标，达到冲击韧性指标，屈服强度就会不够，基本思路为通过细化珠光体组织及细化晶粒手段来提高强度及韧性，本专利采用优化热处理工艺来细化珠光体组织及细化晶粒度，提高S48C材质环件的冲击韧性及屈服强度，本发明采用2次淬火的手段来达到细化珠光体组织及晶粒，在保证屈服强度≥500MPa的情况下保证冲击韧性aKU2≥69J/mm2，工艺通过一次淬火来达到第一次细化珠光体组织及晶粒，随后再进行二次淬火冷却进一步细化珠光体组织及晶粒。这是由于一次淬火冷却后不进行回火，在淬火成形成了一层较细的组织，并存在一定的组织应力，在二次加热过程中提供再次奥氏体化的动力，得到更细的晶粒度，在二次淬火过程中获得更细的组织。
附图说明
图1常规工艺的显微组织；
图2本发明的显微组织；
图3常规工艺的珠光体片间距；
图4本发明的珠光体片间距。
具体实施方式
S48材质的化学成分要求见表1，性能要求见表2。通常产品的热处理厚度为60-150mm，根据本专利的，设计如下：
元素 C Si Mn P S Cr
标准要求(wt％) 0.48-0.51 0.15-0.35 0.75-0.90 ≤0.020 ≤0.015 0.10-0.20
表1中没有列出的余量为Fe和不可避免的杂质。
表2 S48材质性能
Figure BDA0002506944490000041
本发明常规工艺：常规工艺为本发明的中的步骤3)、4)、5)组成，与本发明比较没有步骤1)和步骤2)。
实施例采用了与常规工艺进行了对比，不同化学成分，不同环件壁厚的具体实施例如下：
实施例1
一种提高S48C材质冲击性能的方法，包括以下步骤：
C含量为0.50％热处理壁厚为96mm的环件，具体化学成分见表3。
表3实施例1工件成分(wt％)
C Si Mn P S Cr
0.50 0.29 0.75 0.009 0.005 0.16
表3中没有列出的余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明工艺步骤，设计热处理工艺如下：
1)一次淬火前加热：采用850±10℃一次淬火前加热，加热时间＝96mm×1.2min/mm＝115.2min。
2)一次淬火：淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，一次淬火时间＝1.8s/mm×96mm＝172.8s。
3)二次淬火前加热：采用840±10℃进行加热，加热时间＝1.2min/mm×96mm＝115.2min；
4)二次淬火：淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，二次次淬火时间＝3.3s/mm×96mm＝316.8s。
5)回火，回火温度为610±10℃，回火时间＝180+(96-120)×1min/mm＝156min。
根据本发明实施步骤，获得的性能效果如下：
1)显微组织获得了明显的细化，采用常规工艺的显微组织见图1，采用本发明的显微组织见图2；
2)组织片间距获得了细化，对组织进行了微观观察，采用常规工艺的同材质产品珠光体片间距平均为0.18um，二采用本发明的珠光体片间距平均为0.15um。
3)采用GB/T30895-2014标准中规定的位置进行取样，拉伸性能采用GB/T228、冲击性能采用GB/T229标准进行检验，获得的力学性能优异。
本发明按照实施例1方法生产的环件与常规工艺相当的拉伸性能见表4。
表4拉伸力学性能
检测项目 Rel(MPa) Rm(MPa) A(％) Z(％)
技术要求 ≥500 ≥785 ≥17 ≥40
实施例1 578 859 21.5 65
常规工艺 570 856 21 62
按照实施例1方法生产的环件与常规工艺的冲击性能结果见表5。
表5冲击性能
Figure BDA0002506944490000061
实施例1说明采用本发明能够获得很好的冲击性能(89.5J/cm2)能够很好的满足技术条件要求，而采用常规工艺，拉伸性能与实施例1相当的情况下，冲击性能为54.3J/cm2，达不到技术条件要求。
实施例2
一种提高S48C材质冲击性能的方法，包括以下步骤：
C含量为0.49％热处理壁厚为65mm的环件，具体化学成分见表6。
表6实施例1工件成分(wt％)
C Si Mn P S Cr
0.49 0.31 0.78 0.010 0.006 0.15
表6中没有列出的余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明工艺步骤，设计热处理工艺如下：
1)一次淬火前加热：采用850±10℃一次淬火前加热，加热时间＝65mm×1.2min/mm＝78min。
2)一次淬火：淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，一次淬火时间＝1.8s/mm×65mm＝117s。
3)二次淬火前加热：采用840±10℃进行加热，加热时间＝1.2min/mm×65mm＝78min；
4)二次淬火：淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，二次次淬火时间＝3.3s/mm×65mm＝214.5s。
5)回火，回火温度为610±10℃，回火时间＝180+(65-120)×1min/mm＝125min。
本发明按照实施例2方法生产的环件与常规工艺相当的拉伸性能见表7。
表7拉伸力学性能
检测项目 Rel(MPa) Rm(MPa) A(％) Z(％)
技术要求 ≥500 ≥785 ≥17 ≥40
实施例2 580 862 22 66
常规工艺 575 858 21 63
实施例2方法生产的环件与常规工艺的冲击性能结果见表8。
表8冲击性能
Figure BDA0002506944490000071
实施例2说明采用本发明能够获得很好的冲击性能(88J/cm2)能够很好的满足技术条件要求，而采用常规工艺，拉伸性能与实施例1相当的情况下，冲击性能为58.3J/cm2，达不到技术条件要求。
实施例3
一种提高S48C材质冲击性能的方法，包括以下步骤：
C含量为0.51％热处理壁厚为150mm的环件，具体化学成分见表9。
表9实施例1工件成分(wt％)
C Si Mn P S Cr
0.51 0.28 0.77 0.011 0.007 0.16
有列出的余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明工艺步骤，设计热处理工艺如下：
1)一次淬火前加热：采用850±10℃一次淬火前加热，加热时间＝150mm×1.2min/mm＝180min。
2)一次淬火：淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，一次淬火时间＝1.8s/mm×150mm＝270s。
3)二次淬火前加热：采用840±10℃进行加热，加热时间＝1.2min/mm×150mm＝180min；
4)二次淬火：淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃，二次次淬火时间＝3.3s/mm×150mm＝495s。
5)回火，回火温度为610±10℃，回火时间＝180+(150-120)×1min/mm＝210min。
本发明按照实施例3方法生产的环件与常规工艺相当的拉伸性能见表10。
表10拉伸力学性能
检测项目 Rel(MPa) Rm(MPa) A(％) Z(％)
技术要求 ≥500 ≥785 ≥17 ≥40
实施例3 550 850 20 61
常规工艺 542 845 20.5 61
实施例3方法生产的环件与常规工艺对应的冲击性能结果见表11。
表11冲击性能
Figure BDA0002506944490000091
实施例3说明采用本发明能够获得很好的冲击性能(82.7J/cm2)能够很好的满足技术条件要求，而采用常规工艺，拉伸性能与实施例1相当的情况下，冲击性能为54.3J/cm2，达不到技术条件要求。
经过不同壁厚的S48C材质环件实施例，采用本发明热处理工艺生产的热轧环件，能够稳定的达到高性能要求的S48C环件的技术条件要求，很好的满足了关键客户的需求，提高了企业的竞争能力，也能够为其他材质作为提高冲击韧性的借鉴手段。

Claims (2)

1.一种提高S48C材质冲击性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）一次淬火前加热：一次淬火前加热温度850±10℃，加热系数1.2-1.4min/mm；
2）一次淬火：一次淬火系数1.8-2.0s/mm；
3）二次淬火前加热：采用840±10℃进行加热；
4）二次淬火：二次淬火系数3.0-3.3s/mm；
5）回火：回火温度为610±10℃，回火时间=180~200+（工件有效热处理厚度-120）×加热系数，回火时间单位为min；工件有效热处理厚度，单位mm，加热系数1min/mm；
所述提高S48C材质冲击性能的方法生产的产品珠光体片间距平均为0.15μm；
所述提高S48C材质冲击性能的方法在保证屈服强度≥500MPa的情况下保证冲击韧性aKU2≥69J/mm2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）和步骤4）中所述的一次淬火，淬火介质采用水，淬火水温度20-40℃。
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