CN113355493A - 一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法 - Google Patents

Abstract

一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法。运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒提高钢的强韧性。钢在奥氏体化过程中，为马氏体逆转变提供条件；具备马氏体逆转变条件的钢奥氏体化后，预冷后水冷绕过C‑曲线不稳定区至马氏体区未冷透，马氏体晶核随温度下降逐渐长大；出水利用余热回温，温度上升，马氏体反过来又同步随温度上升而缩小，即细化晶粒。包括：钢的奥氏体化，为马氏体逆转变提供条件；钢的预冷，减小热应力；钢的控冷，进行多次“水冷‑回温”，直至冷至室温。本发明能节约能源和资源，保护环境，细化晶粒提高钢的强韧性，且抗拉强度提高大于屈服强度提高，解决大截面钢件1/2T处细晶强韧化难题。

Description

一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法

技术领域

本发明涉及一种钢的热处理方法，尤其涉及一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法。

背景技术

现有技术钢的细晶强化，能源和资源消耗大、污染严重、成本高、大截面钢件1/2T处质量技术指标难以达标；现有技术特征是：

钢的细晶强化是在钢中加入：降低临界点的合金元素，如Mn、 Cr、Mo等；提高形核率，阻止热状态时奥氏体晶粒长大的微合金元素，如Ti、Nb、V等；致使屈服强度的提高大于抗拉强度的提高，屈强比值增大；钢的细晶强化效果的一致性是依靠微合金元素(Ti、Nb、V等)成分的运作；

钢的预冷温度为稍低于Ar₁温度，在加热炉中预冷，转入加热至稍低于Ar₁的预冷温度炉中预冷至稍低于Ar₁温度；

钢在油中冷却几秒钟，起预冷作用，再转入水中冷却；

提高钢的淬硬性和淬透性是在钢中加入足够量稳定过冷奥氏体的合金元素，改变C-曲线形状和使C-曲线向右推移，降低临界淬火速度来实现提高淬火冷却速度，提高钢的淬硬性和淬透性；

碳钢单介质淬火水冷至(70～80)℃温度，出水空冷至室温；

合金钢单介质淬火在熔融盐浴或热油中冷却至马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，出熔融盐浴或热油空冷至室温；淬火加热温度比该钢号淬火加热温度高(20～50)℃；

上述问题能够采用本发明的技术方案进行解决。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的；

本发明的目的在于提供一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法，克服现有技术中的不足，运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次“水冷-回温”以细化晶粒，从而提高钢的强韧性。

本发明是这样实现的，其特征是方法为：

1.一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法，其特征是运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒，提高钢的强韧性；钢在奥氏体化过程中，为马氏体逆转变提供条件；钢奥氏体化后，预冷后进行多次“水(含水和水溶液，下同)冷-回温”，直至冷至室温，控制钢的表层首次在水中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度至马氏体区的冷透程度，首次出水利用余热回温至贝氏体转变开始温度Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，立即转入多次“水冷-回温”，即多次在水中冷却至马氏体区未冷透，多次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，回温停止上升的温度为马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，再立即转入在马氏体区多次“水冷-回温”，直至冷至室温；钢冷至室温，立即转入下一道热处理工序；

所述方法包括：

(一)钢的奥氏体化；

(二)钢的预冷；

(三)钢的控冷。

2.钢的奥氏体化；

(一)钢的淬火加热温度、保温时间和升温速度为降低奥氏体转变开始温度As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件；

(二)钢的淬火阶梯预热次数、预热温度、保温时间和升温速度为降低奥氏体转变开始温度As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小 As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件。

3.钢的预冷；

(一)钢的相变点A₁温度为预冷消耗孕育期的临界温度；

(1)钢的预冷温度Tn≥A₁温度，不消耗孕育期；

(2)钢的预冷温度Tn＜A₁温度，消耗孕育期；

(二)钢奥氏体化后，出炉在空气中预冷；

(三)钢的预冷温度为：

(1)共析钢和过共析钢预冷温度为Ar₁+(10～30)℃，但须≥A₁；

(2)亚共析钢预冷温度为Ac₃-(10～20)℃，接近上相变点Ac₃温度；

(四)钢为预冷温度，立即转入在水溶液中冷却。

4.钢的控冷；

(一)运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒，提高钢的强韧性；钢奥氏体化后，预冷后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温；控制钢的表层首次在水中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度至马氏体区的冷透程度，为后续多次“水冷-回温”达到各临界点预期温度作准备；

(二)钢奥氏体化后，预冷后首次在水中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度至马氏体区的冷透程度，首次冷却时间为：首次出水利用余热回温至贝氏体转变开始温度Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度；

(三)钢首次出水利用余热回温至贝氏体转变开始温度Bs+(50～ 100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，立即转入多次“水冷-回温”；

(四)钢多次在水中冷至马氏体区未冷透，多次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，回温停止上升的温度为马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，再立即转入在马氏体区多次为3次“水冷回温”，直至冷至室温；

(五)钢冷至室温，立即转入下一道热处理工序。

5.水溶液温度控制在(15～38)℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：用热处理方法多次细化晶粒提高钢的强韧性，抗拉强度提高大于屈服强度提高，降低屈强比值，节约能源和资源，保护环境，降低成本，降低碳当量，提高钢的焊接性能，工序合并，缩短工期，解决大截面钢件1/2T处细晶强韧化难题。

附图说明

图1本发明钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法流程图，横坐标表示时间，t；纵坐标表示温度，℃。

图2钢的预冷温度对淬火结果影响示意图，横坐标表示时间，lg τ；纵坐标表示温度，℃；相变点A₁为钢的预冷临界温度，T_P为珠光体转变临界温度——C-曲线鼻尖部温度，Y_S1为钢表面预冷至Y点稍低于 A₁的温度，Y_C1为钢心部预冷至Y点稍低于A₁的温度；Y_S2为钢表面预冷至Y点比Y_S1偏离A₁温度更低，Y_C2为钢心部预冷至Y点比Y_C1偏离A₁温度更低，表示Y_S2、Y_C2分别比Y_S1、Y_C1消耗孕育期时间更长；预冷温度Y_S1和Y_C1偏离A₁温度稍低，消耗孕育期时间稍长，淬火成马氏体深度稍浅；预冷温度Y_S2和Y_C2偏离A₁温度更低，消耗孕育期时间更长，不能淬火成马氏体。

图3本发明钢的细晶强韧化单介质淬火示意图，横坐标表示时间，lg τ；纵坐标表示温度，℃；Tcst(Y)为钢预冷至Y点稍高于或等于A₁温度(不消耗孕育期)淬火冷却开始温度；相变点A₁为钢的预冷消耗孕育期临界温度，T_P为珠光体转变临界温度——C-曲线鼻尖部温度，s为钢表面冷却曲线，c为钢心部冷却曲线。

图4现有技术钢的单介质淬火示意图，横坐标表示时间，lg τ；纵坐标表示温度，℃；Tcst为钢在熔融盐浴或热油中淬火冷却开始温度；相变点A₁为钢的预冷消耗孕育期临界温度，T_P为珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度；R点温度为(70～80)℃，Z点温度为室温。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

现将参照图解说明于附图中的几个推荐的实施例详细地描述本发明，在以下的描述中，为了使本发明能被彻底理解，提出几个具体的细节，但显然，对于本专业技术人员，没有这些具体细节中的某一些或全部，也可以实施本发明；在某些示例中，为了避免不必要地使本发明变得模糊不清，对于众所周知的处理步骤没有作详细的描述。

热处理难度系数是钢奥氏体化(钢件内外温度均匀一致，奥氏体均匀化，相变完成，奥氏体晶粒不得长大，费用低)后，其心部1/2T处在水中冷却至低于Ar₁的某一温度时，发生分解而转变成马氏体(或下贝氏体) 的难易程度；其值越大，1/2T处获得马氏体(或下贝氏体)组织难度越大。

热处理难度系数按右式计算：

式中N——热处理难度系数(mm)；

V——钢的冷却体积(mm³)；

S——钢的冷却面积(mm²)；

如图1所示，本发明是这样实现的，方法为：

1.一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法，其特征是运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒，提高钢的强韧性；钢在奥氏体化过程中，为马氏体逆转变提供条件；钢奥氏体化EF后，预冷FY后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温，控制钢的表层首次在质量分数(5～10)％NaCl水溶液中冷却YG绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度T_P至马氏体区的冷透程度，为后续多次“水冷-回温”达到各临界点预期温度作准备；首次出水利用余热回温至H为贝氏体转变开始温度Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度T_P，立即转入多次“水冷-回温”，即多次为再次在质量分数(5～10) ％NaCl水溶液中冷却至马氏体区未冷透，再次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度T_P，回温停止上升的温度为马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，再立即转入在马氏体区多次为3次“水冷-回温”，直至冷至室温Z，即钢在马氏体区，在质量分数(5～10)％NaCl水溶液中进行3次再单介质淬火，直至冷至室温Z；钢冷至室温Z，立即转入下一道热处理工序；

所述方法包括：

(一)钢的奥氏体化；

(二)钢的预冷；

(三)钢的控冷。

钢的细晶强韧化是细晶强化在提高屈服强度同时，提高韧性的强化方式；控制屈服强度与抗拉强度的比值，即屈强比值，使抗拉强度的提高大于屈服强度的提高，以提高韧性，有利于钢的安全性和冷加工性能，解决大截面钢件1/2T处细晶强韧化难题；

现有技术钢的细晶强化是在钢中加入：降低临界点的合金元素，如Mn、Cr、Mo等；提高形核率，阻止热状态时奥氏体晶粒长大的微合金元素，如Ti、Nb、V等；致使屈服强度的提高大于抗拉强度的提高，屈强比值增大，既消耗合金资源，提高钢的成本和碳当量，降低钢的焊接性能，又对钢的安全性和冷加工性能不利；正是由于屈服强度提高大于抗拉强度提高，屈强比值增大，对钢的安全性和冷加工性能不利，因此，对钢件屈服强度的提高和屈强比值加以限制，屈服强度的提高不得超过标准值的110％，屈强比值不得超过0.9；

本发明运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒提高钢的强韧性；钢在奥氏体化过程中，降低奥氏体转变开始温度 As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小As与Ms温度差，为马氏体逆转变提供条件；具备马氏体逆转变条件的钢奥氏体化后，预冷后水冷绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度T_P至马氏体区未冷透，马氏体晶核随温度下降逐渐长大；出水利用余热回温，温度上升，马氏体反过来又同步随温度上升而缩小，即细化晶粒提高钢的强韧性，且进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温，多次细化晶粒，使抗拉强度提高大于屈服强度提高，屈强比值减小，既节约合金资源，降低钢的成本和碳当量，提高钢的焊接性能，又提高韧性，有利于钢的安全性和冷加工性能，解决大截面钢件1/2T处细晶强韧化难题；

低碳低合金ASTM A694F65钢，碳当量CE≤0.43，有效厚度160 mm，在供方、需方、第三方BV三方共同见证下，按本发明和钢的等温回火冷却方法进行Q+T热处理后，经本体取样检测1/2T处各项性能和组织均已达标，钢件1/2T处性能和组织检测结果如下：

(1)性能：σ_s为480Mpa，是标准值(≥450Mpa)的107％；σ_b为605Mpa，是标准值(≥530Mpa)的113％；δ为30.5％，是标准值 (≥20％)的152％；-46℃冲击韧性值：切向A_k为255J (252/253/259)，是标准值(平均≥40J，单个≥30J)的637％；轴向A_k为270J(274/272/264)，是标准值(平均≥40J，单个≥30J)的675％；

1)现有技术钢的细晶强化的屈强比标准值为0.85(450Mpa/ 530Mpa)，本发明钢的细晶强韧化的屈强比值为0.79(480Mpa/ 605Mpa)，即屈服强度是现有技术标准值的107％，抗拉强度是现有技术标准值的113％，抗拉强度的提高大于屈服强度的提高，屈强比值减小，提高钢的韧性，即提高钢的安全性和冷加工性能；

2)现有技术细晶强化效果的一致性是依靠微合金元素(Ti、Nb、V等)成分运作，晶粒进一步细化从经济方面提高生产成本是不合适的，从性能方面屈强比值是严格限制的；本发明用热处理方法多次细化晶粒提高钢的强韧化，不增加生产成本，屈强比值减小，韧性切向和轴向A_k值是标准值的六倍以上，且组偏差不超过10J，有利于晶粒进一步细化，提高钢的强韧性；

(2)组织：本发明钢单介质(水冷)淬火加热温度比原淬火加热温度高(10～30)℃，金相组织晶粒度反而比原晶粒度细1～2级；这是由马氏体逆转变多次形成；

2.钢的奥氏体化为：

(一)钢的单介质淬火加热温度、保温时间和升温速度为奥氏体相变完成，奥氏体晶粒不得长大，透烧、均匀，费用低，减小加热的热应力，钢件截面温度分布均匀化，为淬火水冷作准备，降低奥氏体转变开始温度As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件，以细化晶粒提高钢的强韧性；

(1)钢的单介质淬火加热温度EF；

1)低淬透性钢单介质淬火加热温度EF按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，加热温度EF为比该钢号淬火加热温度高(10～30)℃；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，加热温度EF为比该钢号淬火加热温度高(0～10)℃；

2)高淬透性钢单介质淬火加热温度EF为该钢号淬火加热温度下限；

3)比现有技术单介质淬火加热温度降低，这是由于：

①钢随加热温度提高，奥氏体晶粒长大，致使奥氏体中碳含量增加，马氏体转变开始温度Ms下降，增大As与Ms的温度差；反之，马氏体转变开始温度Ms上升，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件，以细化晶粒提高钢的强韧性；

②现有技术合金钢在熔融盐浴或热油中冷却，熔融盐浴或热油温度较高，冷却能力弱，其淬火加热温度比该钢号淬火加热温度高(20～50)℃，以使C-曲线向右推移，降低临界淬火速度来实现提高淬火冷却速度，以提高钢的淬硬性和淬透性；本发明钢在水中冷却，多次“水冷-回温”，直至冷至室温，冷却能力强；

(2)钢的淬火加热保温时间E₁F₁；

钢的淬火加热保温时间E₁F₁，按下式计算：

τ_总＝Kz+Az×D×K

式中τ_总——钢淬火加热保温的总时间，单位：min；

Kz——钢淬火加热保温时间基数，单位：min；

Az——钢淬火加热保温时间系数，单位：min/mm；

D——工件有效厚度，单位：mm；

K——工件装炉修正系数；

(3)钢的淬火加热升温速度DE为(150～200)℃/h；

(二)钢的淬火阶梯预热次数、温度、保温时间和升温速度为透烧、均匀，费用低，减小预热的热应力，钢件截面温度分布均匀化，为淬火水冷作准备，降低奥氏体转变开始温度As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件，以细化晶粒提高钢的强韧性；

钢的预热渐次增温，致使沿钢件截面温度分布均匀化，缩短钢在高温下内外均温所需时间，增快加热速度，即：增快钢的相变重结晶加热速度，奥氏体形成温度降低，降低奥氏体转变开始温度As；获得细小均匀奥氏体晶粒，提高马氏体转变开始温度Ms；从而缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件；

这是由于钢通过奥氏体相变重结晶的时间与加热速度成反比例关系，加热速度快，时间短，快速通过Ac₁温度；钢在高温停留时间短，奥氏体来不及长大，晶粒细小，溶入奥氏体中的碳量少；

(1)钢的淬火预热为两次阶梯预热AB和CD；

(2)钢的淬火两次阶梯预热温度AB和CD为：

1)当加热温度EF为800℃时，则第一阶梯预热温度AB和第二阶梯预热温度CD分别为400℃和600℃；

2)当加热温度EF为950℃时，则第一阶梯预热温度AB和第二阶梯预热温度CD分别为500℃和700℃；

3)当加热温度EF为800℃～950℃之间时，第一阶梯预热温度 AB和第二阶梯预热温度CD分别按下式计算：

①AB＝a_AB(X-800)+b_AB

式中：AB——第一阶梯实际预热温度，℃；

X——实际加热温度EF，℃，取值范围：800≤X≤950；

a_AB——第一阶梯预热温度范围AB与加热温度范围EF 的比值；

b_AB——400℃；

②CD＝a_CD(X-800)+b_CD

式中：CD——第二阶梯实际预热温度，℃；

X——实际加热温度EF，℃，取值范围：800≤X≤950；

a_CD——第二阶梯预热温度范围CD与加热温度范围EF 的比值；

b_CD——600℃；

举例：当实际加热温度X为890℃时，分别代入①和②，得：

①

②

(3)钢的淬火两次阶梯预热保温时间A₁B₁和C₁D₁；

两次阶梯预热保温时间A₁B₁和C₁D₁，按下式计算：

τ＝Ay×D×K

式中τ——两次阶梯预热保温时间，单位：min；

Ay——两次阶梯预热保温时间系数，单位：min/mm；

D——工件有效厚度，单位：mm；

K——工件装炉修正系数；

各种钢的淬火(预热)保温时间基数Kz及保温时间系数Az、Ay 见表1；工件装炉修正系数K见表2；

表1：各种钢淬火(预热)保温时间基数Kz及保温时间系数Az、Ay值

表2 淬火加热装炉修正系数k

工件加热的有效厚度(D)按照如下方法计算：

①圆柱体以直径作为有效厚度；

②正方形截面以边长作为有效厚度；

③矩形截面工件以短边作为有效厚度；

④板状零件，有效厚度为最大厚度之1.5倍；

⑤薄壁套类零件以壁厚作为有效厚度；

孔径小于50mm，孔直径小于外圆直径

的套筒类，则有效厚度为壁厚的两倍；

当

其有效厚度按下式计算：

式中D——工件有效厚度(mm)；

D₀——工件单边实际厚度(mm)；

⑥薄壁套类零件以壁厚作为有效厚度；

孔径小于50mm，孔直径小于外圆直径

的套筒类，则有效厚度为壁厚的两倍；

当

其有效厚度按下式计算：

式中D——工件有效厚度(mm)；

D₀——工件单边实际厚度(mm)；

Φ_内——工件内圆直径(mm)；

Φ_外——工件外圆直径(mm)；

举例：工件OD440×ID160×L430mm

D₀＝(440-160)÷2＝140mm

⑦圆锥体工件以离小端

处的直径作为有效厚度；

⑧形状复杂的零件以最大厚度计算，如刀具按工作部分的截面厚度计算。

(4)两次阶梯预热升温速度OA和BC均为100℃～150℃/h；

3.钢的预冷为：

(一)钢奥氏体化后，在水中冷却至相变点A₁的温度不立即发生转变，此时存在的奥氏体称为过冷奥氏体；当过冷奥氏体冷却低于 Ar₁的某一温度时，将发生分解，而转变成其他组织；当过冷奥氏体冷却低于相变点A₁温度至Ar₁温度时，虽不发生转变，但消耗孕育期，即相变点A₁温度为钢淬火过程中预冷消耗孕育期的临界温度，且预冷温度Tn偏离A₁温度越低，消耗孕育期时间越长；

(1)钢的预冷温度Tn≥A₁温度，不消耗孕育期；

(2)钢的预冷温度Tn＜A₁温度，消耗孕育期；

(二)钢奥氏体化EF后，出炉在空气中预冷FY；这是由于：

钢的热应力是由钢冷却表面与冷却介质的能量差造成，能量差大，热应力大，反之，热应力小，在同一冷却介质中，钢冷却表面温度高的热应力大于钢冷却表面温度低的热应力；钢奥氏体化后，预冷后温度下降为预冷温度，立即转入质量分数5％～10％NaCl水溶液中冷却，降低钢冷却表面能量，减小钢冷却表面与冷却介质水的能量差，即减小钢的热应力，提高冷却均匀性和冷却效率，获得均匀的淬火组织，提高淬火钢的性能，减少淬火缺陷；

(三)钢预冷至Y的预冷温度Tn为：

(1)共析钢和过共析钢预冷温度Tn为Ar₁+(10～30)℃，但须≥A₁；这是由于：

共析钢和过共析钢的奥氏体预冷到稍高于Ar₁温度，比较稳定，在稍高于或等于临界点A₁温度不消耗孕育期，且过共析钢有渗碳体析出，预冷既能淬火成马氏体，又能获得析出强化；

举例：T8钢A₁为720℃，Ar₁为700℃，

Tn＝Ar₁+(10～30)＝700+(10～30)

＝700+10～700+30＝(710～730)℃

T8钢A₁为720℃，其预冷温度Tn取值范围为(720～730)℃；

现有技术共析钢和过共析钢预冷温度Tn为稍低于Ar₁；

举例：T8钢A₁为720℃，Ar₁为700℃，造成Tn＜Ar₁＜A₁，消耗较长时间的孕育期，淬火转变成非马氏体(或下贝氏体)组织，虽然有渗碳体析出，但获得析出强化的量小，不能抵消淬火未转变成马氏体(或下贝氏体)而损失的强度和硬度，达不到淬火的质量技术指标；这是由于：

现有技术共析钢和过共析钢的预冷温度Tn＜A₁温度时，消耗孕育期，且预冷温度Tn偏离A₁温度越低，消耗的孕育期时间越长，淬火转变成马氏体深度越浅或不能转变成马氏体；见图2所示；

(2)亚共析钢预冷温度Tn为Ac₃-(10～20)℃，接近上相变点 Ac₃温度；这是由于：

1)亚共析钢预冷到Ac₃-(10～20)℃温度，仍比较稳定，在稍高于或等于临界点A₁温度不消耗孕育期；

2)亚共析钢在Ac₁～Ac₃温度之间加热淬火称为亚温淬火，亚温淬火温度偏离上相变点Ac₃越低，铁素体析出越多，钢的强度降低越大，为减少铁素体析出量，即减小钢的强度降低量，亚共析钢预冷温度为接近上相变点Ac₃的亚温淬火温度；

3)亚共析钢接近上相变点Ac₃温度的亚温淬火，能细化奥氏体晶粒提高钢的强韧性，使磷等有害杂质集中于少量游离分散铁素体晶粒中，提高缺口韧性，降低冷脆转变温度，减小回火脆性；

举例：45钢A₁为735℃，Ac₃为780℃，

Tn＝Ac₃-(10～20)＝780-(10～20)

＝780-10～780-20＝(760～770)℃

45钢A₁为735℃，预冷温度Tn取值范围为(760～770)℃；

现有技术亚共析钢预冷温度Tn为稍低于Ar₁；

举例：45钢A₁为735℃，Ac₃为780℃，Ar₁为682℃，造成 Tn＜Ar₁＜A₁＜Ac₃-(10～20)℃，消耗长时间的孕育期，淬火转变成马氏体深度越浅或不能转变成马氏体，见图2所示；且有铁素体析出，达不到淬火的质量技术指标；这是由于：

1)现有技术亚共析钢的预冷温度Tn＜A₁温度时，消耗孕育期，且预冷温度Tn偏离A₁温度越低，消耗的孕育期时间越长；淬火转变成马氏体深度越浅或不能转变成马氏体；见图2所示；

2)亚共析钢在Ac₁～Ac₃温度之间加热淬火称为亚温淬火，亚温淬火温度偏离上相变点Ac₃越低，铁素体析出越多，强度降低越大；

(四)控制钢的预冷程度；钢的预冷不足，减小热应力有限，预冷过甚，消耗孕育期时间长，淬火转变成马氏体深度浅或不能转变成马氏体；钢的淬火不能转变成马氏体和亚共析钢铁素体析出量多，达不到淬火的质量技术指标，需要对钢的预冷程度进行控制，使预冷程度既最大化减小热应力，又不致钢的淬火不能转变成马氏体和铁素体析出量多，达到预冷的预期温度，以获得预期组织和性能达标；

钢预冷至Y为预冷温度Tn，立即转入首次在质量分数(5～10)％ NaCl水溶液中冷却YG，防止预冷不足或过甚；

(五)与现有技术相比，本发明预冷方法有益效果是：

(1)现有技术是钢奥氏体化后：

1)在加热炉中预冷，转入加热至稍低于Ar₁温度炉中预冷至稍低于Ar₁温度，消耗能源和资源，提高热处理成本；

2)在油中冷却几秒钟，起预冷作用，再转入水中冷却，提高热处理成本，污染环境，容易起火不安全；

(2)本发明是钢奥氏体化后，在空气中预冷至预冷温度Tn，立即转入质量分数(5～10)％NaCl水溶液中冷却；空气成本低，使用方便，节约能源和资源，降低成本，清洁无污染，保护环境，安全不起火，达到预冷的预期温度，获得一致的预期组织和性能达标。

4.钢的控冷为：

(一)运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒提高钢的强韧性；用热处理方法提高淬火冷却速度以提高钢的淬硬性和淬透性，且减小畸变量和开裂倾向；根据钢的奥氏体转变曲线，通过淬火获得马氏体组织，并不需要在整个冷却过程中进行快速冷却；只需在其C-曲线鼻尖部温度T_P±50℃进行快速冷却；从淬火温度至 T_P+50℃之间及T_P-50℃至Ms+(10～30)℃(高淬透性钢)或Ms- (50～70)℃(低淬透性钢)之间不需要快速冷却，特别是在伴有体积变化的Ms+(10～30)℃(高淬透性钢)或Ms-(50～70)℃(低淬透性钢) 温度以下，更不需要快速冷却，否则产生畸变和开裂；在回温过程中既避免发生珠光体或上贝氏体转变，又最大化细化晶粒和减小内应力，即最大化提高钢的强韧性和减小畸变量与开裂倾向；缩短至室温的停留时间，降低奥氏体热稳定化程度，增加过冷奥氏体转变成马氏体量，减少残余奥氏体量，提高淬火完全度，提高尺寸稳定性；钢奥氏体化后，预冷后选择淬火冷却介质和对冷却进程进行设计；钢奥氏体化后，预冷后淬火冷却介质为水——质量分数(5～10)％NaCl水溶液；钢奥氏体化EF后，预冷FY后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温，多次细化晶粒提高钢的强韧性；控制钢表层首次在质量分数 (5～10)％NaCl水溶液中的冷却程度，以控制表层首次在质量分数 (5～10)％NaCl水溶液中冷却YG绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度T_P至马氏体区的冷透程度，为后续多次“水冷-回温”达到各临界点预期温度作准备；见图3所示；这是由于：

(1)钢的单介质淬火冷却介质为水

钢的实际相变点随冷却速度而改变，速度快，实际相变点偏离平衡相变点远，促使Ms点上升(M_f下降)，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件，以细化晶粒提高钢的强韧性；

(2)具备马氏体逆转变条件的钢奥氏体化后，预冷后水冷绕过C- 曲线不稳定区——鼻尖部温度T_P，须冷至马氏体转变开始温度Ms以下后未冷透，即冷却至马氏体区未冷透，马氏体晶核随温度下降逐渐长大；出水利用余热回温，温度上升，马氏体反过来又同步随温度上升而缩小，即细化晶粒提高钢的强韧性；这种马氏体叫热弹性马氏体；

(二)钢奥氏体化EF后，预冷FY后首次在质量分数(5～10)％ NaCl水溶液中冷却YG绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度T_P至马氏体区未冷透，即首次水冷时间Y₁G₁为：首次出水利用余热回温至H为Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度T_P；

(1)钢的首次水冷时间Y₁G₁按下式计算：

T＝a×N

式中T——钢的水冷时间(min)；

N——钢的热处理难度系数(mm)；

a——钢的冷却系数(min/mm)；

1)钢的热处理难度系数N≥30mm，碳素钢a值取0.05～ 0.08min/mm，合金钢a值取0.03～0.06min/mm；

2)钢的热处理难度系数N＜30mm，碳素钢a值取0.08～ 0.20min/mm，合金钢a值取0.06～0.15min/mm；

系数a随水的温度、水中NaCl的含量、水的循环条件、钢的化学成份、钢的温度和预冷程度，以及钢入水方式等影响而变化；

各种因素对实际水冷时间的影响，看似a值是一个变化不定的变量，冷却时间无法确定；其实不然，虽然各个生产厂家的淬火环境各不相同，冷却系数a值各不相同，但各个厂家都有自己的生产环境和稳定的工艺过程，需要控制好各主要的影响因素，使之稳定，这时的 a值几乎没有什么变化，是一个常量；即使有变化也可以找出规律，如水的温度的影响随季节的变化而变化，随钢在水中冷却频率的变化而变化，其变化大小随水的热容量大小而变化等等；只要先计算出钢的热处理难度系数N，积累钢淬火时客观环境条件的所有数据和最佳效果的水冷时间；把这些数据代入模型公式：T＝a×N，即a＝T/N；就可以计算出适合本厂使用的冷却系数a值；

(2)钢的首次回温至H为Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度，即C-曲线鼻尖部温度——T_P；

1)举例：65Mn钢Bs为400℃，T_P为480℃，回温温度H为；

H＝Bs+(50～100)℃＝400+50～400+100＝450～500

T_P为480℃，65Mn钢回温温度取值范围为：450℃≤H＜480℃；

2)钢的首次回温温度H按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，回温温度H取上限；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，回温温度H取下限；

这是由于钢的热处理难度系数大，截面也大，反之，截面小；热处理难度系数N≥30mm，回温温度H取上限值，反之，取下限值；增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高比热处理难度系数N＜30mm 更大的再次水冷却速度，相当于降低热处理难度系数N；

(三)钢首次出水利用余热回温至H为Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度T_P；这是由于：

在回温过程中既要避免发生珠光体或上贝氏体转变，又要最大化细化晶粒和减小内应力，即最大化提高钢的强韧性和减小畸变量和开裂倾向；

(1)立即转入多次在质量分数(5～10)％NaCl水溶液中冷却，防止发生珠光体和上贝氏体转变；这是由于：

1)过冷奥氏体发生珠光体转变，钢的质量技术指标不能达标；

2)过冷奥氏体发生上贝氏体转变，上贝氏体由于板条间分布有粗大的脆性碳化物，是钢中的有害组织，危害钢的韧性，必须避免；

(2)钢多次水冷至马氏体区未冷透，多次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度T_P；钢多次水冷至马氏体区未冷透，即多次水冷时间为：出水利用余热回温停止上升的温度为钢转入下一次水冷温度；

1)钢多次水冷时间按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，多次水冷时间为首次水冷时间Y₁G₁的20％～50％；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，多次水冷时间为首次水冷时间Y₁G₁的10％～40％；

③钢“水冷-回温”次数多，多次水冷时间取下限值；反之，取上限值；

2)钢多次出水利用余热回温停止上升的温度为钢转入下一次水冷温度；

(四)钢首次出水利用余热回温至H为Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度T_P，立即转入多次“水冷-回温”，即多次为再次在质量分数(5～10)％NaCl水溶液中冷却HJ至马氏体区未冷透，再次出水利用余热回温停止上升的温度K为钢的第三次水冷温度——马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度；这是由于：

根据钢的奥氏体转变曲线，通过淬火获得马氏体组织，并不需要在整个冷却过程中进行快速冷却；只需在其C-曲线鼻尖部温度T_P± 50℃进行快速冷却；从淬火温度至T_P+50℃之间及T_P-50℃至Ms +(10～30)℃(高淬透性钢)或Ms-(50～70)℃(低淬透性钢)之间不需要快速冷却，为放慢在伴有体积变化的Ms+(10～30)℃(高淬透性钢) 或Ms-(50～70)℃(低淬透性钢)温度以下的冷却速度作准备；

(1)钢的第三次水冷温度K按下列原则确定：

1)钢的第三次水冷温度K高，淬火后减小畸变量和开裂倾向大，但导致马氏体数量减少，降低钢的性能，即降低钢的强度和硬度；钢的第三次水冷温度K低，淬火后减小畸变量和开裂倾向小，与现有技术碳钢单介质淬火冷至(70～80)℃相差无几；这是由于：

钢在回温过程中最大化细化晶粒和减小内应力，即最大化提高钢的强韧性和减小畸变量和开裂倾向；

(2)钢的第三次水冷温度K为：

1)高碳钢和中、高碳合金钢的第三次水冷温度K为：

K＝Ms+(20～40)℃；

举例：9SiCr钢Ms为160℃，

则K＝Ms+(20～40)＝160+20～160+40＝180～200

9SiCr钢第三次水冷温度取值范围为：180℃≤K≤200℃；

2)中、低碳钢和低碳合金钢的第三次水冷温度K为：

K＝Ms-(40～60)℃；

举例：50钢Ms为300℃，

则K＝Ms-(40～60)＝300-40～300-60＝240～260

50钢第三次水冷温度取值范围为：240℃≤K≤260℃；

3)钢的第三次水冷温度K取值范围按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，第三次水冷温度K取下限；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，第三次水冷温度K取上限；

这是由于钢的热处理难度系数大，截面也大，反之，截面小；热处理难度系数N≥30mm，水冷温度H取上限，增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高比热处理难度系数N＜30mm更大的水冷速度，相当于降低热处理难度系数N；

(3)钢为第三次水冷温度K，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却KL；

(五)钢为第三次水冷温度K，立即转入在马氏体区多次“水冷- 回温”，直至冷至室温，即钢在马氏体区，在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中进行3次再单介质淬火，直至冷至室温Z；

(1)现有技术碳钢单介质淬火水冷至(70～80)℃温度，出水空冷至室温；合金钢单介质淬火在熔融盐浴或热油中冷却至马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，出融熔盐浴或热油空冷至室温；延长出水和出融熔盐浴或热油后至室温的停留时间，提高钢的奥氏体热稳定化程度；见图4所示；

(2)本发明钢单介质淬火再次在水中冷却至马氏体区未冷透，再次出水利用余热回温停止上升的温度为钢的马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，立即转入在马氏体区多次“水冷-回温”，直至冷至室温；既用热处理方法多次细化晶粒提高钢的强韧性和缩短钢从马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度出水至室温的停留时间，降低钢的奥氏体热稳定化程度，增加过冷奥氏体转变量，减少残余奥氏体量，提高淬火完全度，提高淬火钢的性能和尺寸稳定性，降低淬火钢的脆性转化温度，又减小钢的畸变量和开裂倾向；这是由于：

1)钢过冷奥氏体在某一温度停止冷却并保持一定时间，残余奥氏体在该温度较多保留下来，且保持时间长，未转变的过冷奥氏体变得更为稳定；即与停留时间有关，停留时间越长，奥氏体的热稳定化程度越大，再继续冷却时过冷奥氏体向马氏体转变并不立即开始，而是经过一段时间才能恢复转变，转变将在更低的温度下进行，且转变量也达不到之前的转变量；

2)钢在伴有体积变化的Ms+(10～30)℃(高淬透性钢)或Ms- (50～70)℃(低淬透性钢)温度以下，更不需要快速冷却，否则产生畸变和开裂；

(六)钢为第三次水冷温度K，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却KL至马氏体区未冷透，即水冷时间K₁L₁为：出水利用余热回温停止上升的温度M为钢的第四次水冷温度；

(1)钢的第四次水冷温度M按下列原则确定：

1)钢的第四次水冷温度为在回温过程中最大化细化晶粒和减小内应力，即最大化提高钢的强韧性和减小畸变量和开裂倾向；

(2)钢的第四次水冷温度M为：

1)高碳钢和中、高碳合金钢的第四次水冷温度M为：

M＝K-40℃；

举例：9SiCr钢K为(180～200)℃，

则M＝K-40＝(180～200)-40＝180-40～200-40＝140～160

9SiCr钢第四次水冷温度取值范围为：140℃≤M≤160℃；

2)中、低碳钢和低碳合金钢的第四次水冷温度M为：

M＝K-60℃；

举例：50钢K为(240～260)℃，

则M＝K-40＝(240～260)-60＝240-60～260-60＝180～200

50钢第四次水冷温度取值范围为：180℃≤M≤200℃；

3)钢的第四次水冷温度M取值范围按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，第四次水冷温度M取下限；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，第四次水冷温度M取上限；

这是由于钢的热处理难度系数大，截面也大，反之，截面小；热处理难度系数N≥30mm，水冷温度M取上限值，反之，取下限值；增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高比热处理难度系数N＜30mm 更大的水冷速度，相当于降低热处理难度系数N；

(3)钢为第四次水冷温度M，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却MN；

(七)钢为第四次水冷温度M，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却MN至马氏体区未冷透，即水冷时间M₁N₁为：出水利用余热回温停止上升的温度P为钢第五次水冷温度；

(1)钢的第五次水冷温度P按下列原则确定：

1)钢的第五次水冷温度为在回温过程中最大化细化晶粒和减小内应力，即最大化提高钢的强韧性和减小畸变量和开裂倾向；

(2)钢的第五次水冷温度P为：

1)高碳钢和中、高碳合金钢的第五次水冷温度P为：

P＝M-40℃；

举例：9SiCr钢M为(140～160)℃，

则P＝M-40＝(140～160)-40＝140-40～160-40＝100～120

9SiCr钢第五次水冷温度取值范围为：100℃≤P≤120℃；

2)中、低碳钢和低碳合金钢的第五次水冷温度P为：

P＝K-60℃；

举例：50钢M为(180～200)℃，

则P＝M-40＝(180～200)-60＝180-60～200-60＝120～140

50钢第五次水冷温度取值范围为：120℃≤P≤120℃；

3)钢的第五次水冷温度M取值范围按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，第五次水冷温度P取下限；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，第五次水冷温度P取上限；

这是由于钢的热处理难度系数大，截面也大，反之，钢的截面小；热处理难度系数N≥30mm，水冷温度P取上限，增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高比热处理难度系数N＜30mm更大的水冷速度，相当于降低热处理难度系数N；

(3)钢为第五次水冷温度P，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却PQ；

(八)钢为第五次水冷温度P，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却PQ至马氏体区未冷透，即水冷时间P₁Q₁为：出水利用余热回温停止上升的温度R为钢第六次水冷温度；

(1)钢的第六次水冷温度R按下列原则确定：

1)钢的第六次水冷温度为在回温过程中最大化细化晶粒和减小内应力，即最大化提高钢的强韧性和减小畸变量和开裂倾向；

(2)钢的第六次水冷温度R为：

1)高碳钢和中、高碳合金钢的第六次水冷温度R为：

R＝P-40℃；

举例：9SiCr钢P为(100～120)℃，

则R＝P-40＝(100～120)-40＝100-40～120-40＝60～80

9SiCr钢第六次水冷温度取值范围为：60℃≤R≤80℃；

2)中、低碳钢和低碳合金钢的第六次水冷温度R为：

R＝P-60℃；

举例：50钢P为(120～140)℃，

则R＝P-40＝(120～140)-60＝120-60～140-60＝60～80

50钢第六次水冷温度取值范围为：60℃≤R≤80℃；

3)钢的第六次水冷温度R取值范围按下列原则确定：

①钢的热处理难度系数N≥30mm，第六次水冷温度R取下限；

②钢的热处理难度系数N＜30mm，第六次水冷温度R取上限；

这是由于钢的热处理难度系数大，截面也大，反之，钢的截面小；热处理难度系数N≥30mm，水冷温度R取上限，反之，取下限；增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高比热处理难度系数N＜30mm 更大的水冷速度，相当于降低热处理难度系数N；

(3)钢为第六次水冷温度R，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl 水溶液中冷却RZ至室温Z；

(九)钢冷至室温，立即转入下一道热处理工序；

(十)本发明上述技术要素与现有技术相比，除运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次“水冷-回温”，直至冷至室温，多次细化晶粒提高钢的强韧性有益效果外，还包括：

(1)提高钢的淬硬性和淬透性；

1)现有技术提高钢的淬硬性和淬透性是在钢中加入足够量稳定过冷奥氏体的合金元素，改变C-曲线形状和使C-曲线向右推移，降低临界淬火速度来实现提高淬火冷却速度，提高钢的淬硬性和淬透性，消耗合金资源，提高钢的成本和碳当量，降低钢的焊接性能；

2)本发明用热处理方法提高钢的淬硬性和淬透性，钢奥氏体化后，预冷后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温，以提高淬硬性和淬透性；钢奥氏体化后，预冷后多次在质量分数(5～10)％NaCl水溶液中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度T_P至马氏体区未冷透，多次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度 T_P，为下一次水冷温度，立即转入在质量分数(5～10)％NaCl水溶液中冷却，直至冷至室温；即提高钢冷却表面能量，增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高钢在水中的冷却速度，从而提高淬硬性和淬透性；钢中用微合金化代替低合金化，用低合金化代替中合金化，用中合金化代替部分高合金化，用价低合金元素代替价高合金元素，节约合金资源，降低钢的成本和碳当量，提高钢的焊接性能；这是由于：

①钢的冷却速度是由钢冷却表面与冷却介质的能量差造成，能量差大的冷却速度大，反之，冷却速度小，所以在同一冷却介质中，钢冷却表面温度高的冷却速度大于钢冷却表面温度低的冷却速度；

②物质内部是高能量向低能量状态转移的变化，钢在水中冷却是钢的高能量向低能量的水转移的过程；

钢奥氏体化后，预冷后在水中冷却到一定程度，冷却速度不断衰减，趋于平缓，处于一种亚平衡状态；是因为钢冷却表面与冷却介质水的能量差变小，钢冷却表面的高能量仅仅依靠心部的高能量传递过来，正是由于这一机理制约钢的冷却速度，从而制约钢的淬硬性和淬透性；犹如水力发电站，建拦河坝，提高水的势能，即增加水的能量，然后开闸发电，水的势能转变为动能，流速加快；

(2)所用冷却介质；

①现有技术为淬火后既得到马氏体，又减小畸变量和开裂倾向，选择和研发冷却介质，合金钢单介质淬火所用冷却介质是融熔盐浴或热油，融熔盐浴或热油成本高，使用时需要加热至稍高于或稍低于马氏体转变开始温度Ms，由于温度高，因此冷却能力弱，污染大，容易着火和飞溅伤人，不安全，存在老化现象，使用一定时间后，必须更换新的；

②本发明为淬火后既得到马氏体，又减小畸变量和开裂倾向，选择和研发热处理方法，钢单介质淬火所用冷却介质是水，水成本低，使用方便，水的冷却能力强，清洁无污染，保护环境，安全不起火，没有老化现象，清洁的冷却水是用得越久越好，向真正意义的“以水代油”清洁热处理迈进，开辟“以水代油”新途径；

(3)钢的有效厚度适用范围；

1)现有技术为淬火后既得到马氏体，又减小畸变量和开裂倾向，选择和研发冷却介质，碳钢单介质淬火在水中冷却，合金钢单介质淬火在熔融盐浴或热油中冷却；大截面碳钢件受淬透性限制，钢件有效厚度只能适用其淬透层深度以內；大截面合金钢件即使在钢中加入足够量稳定过冷奥氏体的合金元素，改变C-曲线形状和使C-曲线向右推移，降低临界淬火速度来实现提高淬硬性和淬透性，但钢在融熔盐浴或热油中冷却，融熔盐浴或热油温度较高，因此冷却能力弱，对钢件有效厚度有一定限制，只能适用有效厚度较小钢件；否则，钢1/2T 处自高温冷却至马氏体转变温度过程中，因冷却速度低而发生珠光体和上贝氏体转变，见图4所示，难以达到单介质淬火的质量技术指标；

2)本发明为淬火后既得到马氏体，又减小畸变量和开裂倾向，选择和研发冷却方法，钢的单介质淬火水冷，用热处理方法提高钢的淬火冷却速度，从而提高淬硬性和淬透性；钢奥氏体化后，预冷后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温，以提高淬硬性和淬透性；即提高钢冷却表面能量，增大钢冷却表面与冷却介质水的能量差，提高钢在水中的冷却速度，从而提高淬硬性和淬透性；钢的有效厚度适用范围宽，避免大截面钢件1/2T处自高温冷却至马氏体转变温度过程中发生由过冷奥氏体向珠光体型组织和上贝氏体组织转变，获得马氏体组织；见图3 所示；这是由于：

①过冷奥氏体发生珠光体型组织转变，钢的质量技术指标不能达标；

②过冷奥氏体发生上贝氏体组织转变，上贝氏体由于板条间分布有粗大脆性碳化物，是钢中有害组织，危害钢的韧性，必须避免；

(4)钢的表层过冷奥氏体两次预先在马氏体区部分转变的马氏体进行自回火；

1)减小钢的畸变量和开裂倾向；

①使预先部分转变的马氏体转变成回火马氏体，消除组织应力；

②消除冷却初期造成表面拉应力，心部压应力的热应力；

③等同于高温快速自回火，避免回火脆性；这是由于高温快速回火不产生回火脆性；

④减小在继续冷却时表里的温度差，即减小热应力；

⑤又由于回温提高冷却速度，因此：

(i)减小表里的温度差，即减小热应力；

(ii)缩短表里组织转变的时间差，即减小组织应力；

2)为钢下一次水冷增加过冷奥氏体转变量，减少残余奥氏体量，提高淬火完全度提供条件；这是由于过冷奥氏体转变为马氏体发生体积膨胀，尚未转变的过冷奥氏体受到周围马氏体的附加压力，失去长大条件而保留下来；根据牛顿“作用力与反作用力”定理，多次回温使过冷奥氏体预先在马氏体区部分转变的马氏体进行自回火，由马氏体转变为回火马氏体发生体积收缩，减小尚未转变的过冷奥氏体受周围回火马氏体的附加压力，从而提供长大条件进行转变。

(5)节约能源和资源；

1)现有技术合金钢单介质淬火在融熔盐浴或热油中冷却，使用时需要加热至稍高于或稍低于马氏体转变开始温度Ms，消耗能源和资源，污染环境，增加热处理成本；

2)本发明钢单介质淬火在水中冷却，节约能源和资源、降低热处理成本，保护环境，降低热处理成本，提前工期。

5.质量分数(5～10)％NaCl水溶液温度控制在(15～38)℃。

Claims (5)

1.一种钢的细晶强韧化单介质淬火冷却方法，其特征是运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒，提高钢的强韧性；钢在奥氏体化过程中，为马氏体逆转变提供条件；钢奥氏体化后，预冷后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温，控制钢的表层首次在水中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度至马氏体区的冷透程度，首次出水利用余热回温至贝氏体转变开始温度Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，立即转入多次“水冷-回温”，即多次在水中冷却至马氏体区未冷透，多次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，回温停止上升的温度为马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，再立即转入在马氏体区多次“水冷-回温”，直至冷至室温；钢冷至室温，立即转入下一道热处理工序；

所述方法包括：

(一)钢的奥氏体化；

(二)钢的预冷；

(三)钢的控冷。

2.如权利要求1所述钢的奥氏体化，其特征是所述钢的奥氏体化为：

(一)确定钢的淬火加热温度、保温时间和升温速度为降低奥氏体转变开始温度As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件；

(二)确定钢的淬火阶梯预热次数、预热温度、保温时间和升温速度为降低奥氏体转变开始温度As，提高马氏体转变开始温度Ms，缩小As与Ms的温度差，为马氏体逆转变提供条件。

3.如权利要求1所述钢的预冷，其特征是所述钢的预冷为：

(一)确定钢的相变点A₁温度为预冷消耗孕育期的临界温度；

(1)确定钢的预冷温度Tn≥A₁温度，不消耗孕育期；

(2)确定钢的预冷温度Tn＜A₁温度，消耗孕育期；

(二)确定钢奥氏体化后，出炉在空气中预冷；

(三)确定钢的预冷温度为：

(1)确定共析钢和过共析钢预冷温度为Ar₁+(10～30)℃，但须≥A₁；

(2)确定亚共析钢预冷温度为Ac₃-(10～20)℃，接近上相变点Ac₃温度；

(四)确定钢为预冷温度，立即转入在水中冷却。

4.如权利要求1所述钢的控冷，其特征是所述钢的控冷为：

(一)确定运用“马氏体转变可逆性”规律，用热处理方法多次细化晶粒，提高钢的强韧性；钢奥氏体化后，预冷后进行多次“水冷-回温”，直至冷至室温；控制钢的表层首次在水中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度至马氏体区的冷透程度，为后续多次“水冷-回温”达到各临界点预期温度作准备；

(二)确定钢奥氏体化后，预冷后首次在水中冷却绕过C-曲线不稳定区——鼻尖部温度至马氏体区的冷透程度，即首次冷却时间为：首次出水利用余热回温至贝氏体转变开始温度Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度；

(三)确定钢首次出水利用余热回温至贝氏体转变开始温度Bs+(50～100)℃，但须低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，立即转入多次“水冷-回温”；

(四)确定钢多次在水中冷至马氏体区未冷透，多次出水利用余热回温至低于珠光体转变温度——C-曲线鼻尖部温度，回温停止上升的温度为马氏体转变开始温度Ms偏高或偏低温度，再立即转入在马氏体区多次“水冷-回温”，直至冷至室温；

(五)确定钢冷至室温，立即转入下一道热处理工序。

5.水溶液温度控制在(15～38)℃。

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