CN111850246A - 一种提高c级钢断后伸长率的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高C级钢断后伸长率的热处理方法，将C级钢铸件放入热处理炉中，加热到1100℃保温4小时，随炉冷却到500℃出炉，空冷至室温；重新装入热处理炉，加热到910℃保温3小时，出炉空冷；然后先升温至900℃保温3小时淬火，出炉后水冷，再升温至680℃回火3小时，随炉冷却到500℃出炉，空冷，获得高断后伸长率C级钢。优点是：该热处理工艺与传统的调质工艺相比，成分组织均匀，消除了铸造偏析，提高C级钢的综合力学性能，特别是断后伸长率指标得到大幅提高，满足TB/T 2942‑2015标准要求，保证产品合格率。

Description

一种提高C级钢断后伸长率的热处理方法
技术领域
本发明为一种提高C级钢断后伸长率的热处理方法。
背景技术
C级钢(ZG25MnCrNiMo)广泛应用于制造铁路机械零件，随着我国高铁、动车、城 轨产业的不断发展，我国的高铁、动车产品的覆盖面越来越广，对铁路零部件产品供应商的要求也越来越高。
在保证铸件化学成分合格及铸造缺陷达标的情况下，铸件的力学性能通过合适的热处 理方式获得。目前，在C级钢铸件的热处理生产过程中，一般采用调质热处理，但是调质热 处理后C级钢的断后伸长率经常出现18％-20％的不合格情况，而C级钢的TB/T 2942-2015 标准要求断后伸长率≥22％为合格产品。因此，亟需一种新的热处理工艺来解决这个问题， 使热处理后的工件满足TB/T 2942-2015标准要求，保证产品合格率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高C级钢断后伸长率的热处理方法，满足TB/T 2942-2015标准要求，保证产品合格率。
本发明的技术解决方案是：
一种提高C级钢断后伸长率的热处理方法，包括如下步骤：
(1)高温扩散退火
将C级钢铸件放入热处理炉中，加热到1100℃保温4小时，随炉冷却到500℃出炉，空冷至 室温；
(2)正火处理
将步骤(1)空冷后的C级钢工件重新装入热处理炉，加热到910℃保温3小时，出炉空冷；
(3)调质热处理
将步骤(2)空冷后的C级钢工件调质热处理，获得高断后伸长率C级钢。
进一步的，调质热处理时，先淬火，出炉后水冷，再回火，随炉冷却到500℃出炉空冷。
进一步的，淬火时，淬火温度为900℃，淬火时间为3小时。
进一步的，回火时，回火温度为680℃，回火时间为3小时。
进一步的，水冷时，C级钢工件温度≤80℃。
进一步的，回火处理时，将C级钢工件放入热处理炉中，热处理炉炉温≤500℃。
进一步的，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)热处理过程中，升温速度≤200℃/h。
本发明在调质热处理前，先进行高温扩散退火，使铸态组织充分均匀化，彻底消除成 分偏析，此时虽成分均匀消除了偏析，但晶粒粗大。然后通过正火来细化晶粒，为后续的最 终调质热处理做好组织准备C级钢经过调质处理后，获得索氏体组织和良好的综合机械性能， 且断后伸长率指标合格。该热处理工艺与传统的调质工艺相比，成分组织均匀，消除了铸造 偏析，提高C级钢的综合力学性能，特别是断后伸长率指标得到大幅提高，满足TB/T2942-2015标准要求，保证产品合格率。
附图说明
图1是本发明实施例1的热处理工艺曲线图；
图2是本发明实施例1的金相显微组织图；
图3是本发明对比例1的金相显微组织图；
图4是本发明对比例2的金相显微组织图；
图5是本发明实施例1的拉伸曲线图。
具体实施方式
本发明下面结合实施例进一步详述。
以下实施例中，热处理所用炉为功率为250KW的电阻带加热的热处理炉。热电偶和温控表均按检定周期半年进行一次检定，炉温均匀性每年进行一次检定。本发明实施例和对 比例中所用C级钢铸件均为同批次，其化学成分分析见表1所示。
表1本发明实例和对比例中C级钢化学成分分析(质量分数％)
C Si Mn P S Ni Cr Mo
TB/T2942-2015 ≤0.32 ≤1.5 ≤1.85 ≤0.030 ≤0.030 - - -
内控标准 0.22-0.28 0.20-0.40 1.20-1.50 ≤0.030 ≤0.030 0.35-0.55 0.4-0.6 0.2-0.3
实测结果 0.242 0.315 1.237 0.024 0.018 0.412 0.518 0.246
实施例1扩散退火+正火+调质工艺
将3吨C级钢铸件放在热处理炉中，单个铸件重量300公斤，最大壁厚60mm，以全功率加热C级钢铸件，加热速度为3℃/min，加热至1100℃，然后保温4小时，随炉冷却到500℃ 出炉空冷；冷到室温后将工件重新装炉，以全功率加热C级钢工件，加热速度为3℃/min， 加热到910℃，保温3小时后进行风冷；冷到室温后重新装炉，以全功率加热C级钢工件， 加热速度为3℃/min，加热到900℃保温3小时后进行水冷淬火操作，水冷操作过程中要一 件一件依次进行，控制工件出水温度不超过80℃，全部完成后待炉膛温度低于500℃时将工 件按照原来顺序重新装炉，以全功率加热，加热温度为680℃，加热速度为3℃/min，保温时 间为3小时，保温结束后，随炉冷却到500℃出炉空冷。取C级工件，检测力学性能，结果 如表1所示，其金相显微组织如图2所示，拉伸曲线图如图5所示，由图2可以看出，组织 为回火索氏体，基本消除成分偏析。
对比例1正常调质
将3吨C级钢铸件放在热处理炉中，单个铸件重量300公斤，最大壁厚60mm，以全功率加热C级钢铸件，加热速度为3℃/min，加热到900℃保温3小时后进行水冷淬火操作，水冷 操作过程中要一件一件依次进行，控制工件出水温度不超过80℃，全部完成后待炉膛温度低于500℃时将工件按照原来顺序重新装炉，以全功率加热，加热温度为680℃，加热速度为3℃ /min，保温时间为3小时，保温结束后，随炉冷却到500℃出炉空冷。取C级工件，检测力学性能，结果如表1所示。其金相显微组织如图3所示。
对比例2扩散退火+正火+调质工艺
将3吨C级钢铸件放在热处理炉中，单个铸件重量300公斤，最大壁厚60mm，以全功率加热C级钢铸件，加热速度为3℃/min，加热至1000℃，然后保温2小时，随炉冷却到500℃ 出炉空冷；冷到室温后将工件重新装炉，以全功率加热C级钢工件，加热速度为3℃/min， 加热到900℃，保温2小时后进行风冷；冷到室温后重新装炉，以全功率加热C级钢工件， 加热速度为3℃/min，加热到900℃保温3小时后进行水冷淬火操作，水冷操作过程中要一 件一件依次进行，控制工件出水温度不超过80℃，全部完成后待炉膛温度低于500℃时将工 件按照原来顺序重新装炉，以全功率加热，加热温度为680℃，加热速度为3℃/min，保温时 间为3小时，保温结束后，随炉冷却到500℃出炉空冷。取C级工件，检测力学性能，结果 如表1所示。其金相显微组织如图4所示。
通过由图2-5及表1分析：对比例1只是进行了常规调质处理，没有对铸态组织进行成分均 匀化的扩散退火和正火处理，所以得到的组织成分偏析很严重，组织性能不均匀，断后伸长 率只有19.0％。对比例2虽然进行了扩散退火和正火处理，但温度偏低，成分偏析有所改善 但效果不理想。检测结果断后伸长率为21.0％，仍为不合格。实施例1对C级钢铸件进行了 扩散退火+正火+调质处理后，完全消除了铸态组织带来的成分偏析，组织均匀细小，综合力 学性能优良，断后伸长率达到了27.5％，完全满足标准要求。
表1本发明实施例1、对比例1和对比例2的C级钢工件的力学性能检测结果表
Figure BDA0002562698260000041
本发明进一步优化C级钢的综合力学性能，提高产品合格率，通过解决C级钢铸造组 织中的成分偏析，提高C级钢断后伸长率。C级钢经高温扩散退火处理后，成分均匀，彻底消除了成分偏析现象。之后经过正火处理，得到成分均匀、晶粒细化的正火组织，为最终热处理做好组织准备。最后C级钢进行调质处理，获得索氏体组织和良好的综合力学性能，满足TB/T 2942-2015标准要求。
结论：经过本发明工艺处理完成的C级钢铸件，综合性能指标完全合格，特别是断后 伸长率指标较以前大幅提高。解决了规模化生产过程中C级钢性能不稳定的难题，确保了产 品质量的稳定性。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来 说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：
包括如下步骤：
(1)高温扩散退火
将C级钢铸件放入热处理炉中，加热到1100℃保温4小时，随炉冷却到500℃出炉，空冷至室温；
(2)正火处理
将步骤(1)空冷后的C级钢工件重新装入热处理炉，加热到910℃保温3小时，出炉空冷；
(3)调质热处理
将步骤(2)空冷后的C级钢工件调质热处理，获得高断后伸长率C级钢。
2.根据权利要求1所述的提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：调质热处理时，先淬火，出炉后水冷，再回火，随炉冷却到500℃出炉空冷。
3.根据权利要求2所述的提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：淬火时，淬火温度为900℃，淬火时间为3小时。
4.根据权利要求2所述的提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：回火时，回火温度为680℃，回火时间为3小时。
5.根据权利要求2所述的提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：水冷时，C级钢工件温度≤80℃。
6.根据权利要求2所述的提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：回火处理时，将C级钢工件放入热处理炉中，热处理炉炉温≤500℃。
7.根据权利要求1所述的提高C级钢断后伸长率的热处理方法，其特征是：步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)热处理过程中，升温速度≤200℃/h。
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