CN113930657B - 一种提高410锻件力学性能的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高410锻件力学性能的工艺方法，属于工件锻造技术领域，包括步骤：将坯料放入电炉中进行冶炼，在钢水中加入Al，进行真空脱气；正火处理；热加工锻造；淬火；一次回火；二次回火。本发明通过在钢材冶炼过程中加入少量Al，降低钢材中的氮含量对钢材的影响，降低钢材的脆性，提高韧性；通过在常规加工工艺中添加一次正火处理步骤，在冷却过程中使钢材的结晶晶粒细化，进一步提升材料的韧性；经拔长镦粗和再拔长释放组织应力；改善热处理工艺条件，通过两次不同温度的回火进一步释放组织在加工和冷却过程中产生的应力，有效提升产品的力学性能。

Description

一种提高410锻件力学性能的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种提高410锻件力学性能的工艺方法，属于工件锻造技术领域。
背景技术
410钢属半马氏体型材料，除马氏体外，组织结构中还有铁素体组织，因此具有较高的韧性和冷变形性，410钢应用于油气钻采、汽轮机叶片、水压机阀和紧固件等，因此要求工件的韧性较高，承受低温冲击载荷能力强等特点。
在加工生产410制品过程中，常常出现产品力学性能不合格的情况，对试样进行拉伸和冲击性能测试，发现多数试样多出现拉伸性能测试合格，冲击性能测试不合格，经金相试样检验发现断口附近组织为索氏体、贝氏体以及呈链状和网状分布的碳化物，经气体检验检验发现试样中的氮含量远超过技术要求。
因此，需要一种改善410材料显微组织，提升锻件力学性能的工艺方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高410锻件力学性能的工艺方法，其具体技术方案如下：
一种提高410锻件力学性能的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1：将坯料放入电炉中进行冶炼，在钢水中加入Al，进行真空脱气；
步骤2：正火处理：将炉温升高至750℃，保温65min，进行空冷；
步骤3：热加工锻造：将坯料拔长到400mm，再镦到220mm，再拔长到工艺尺寸进行修整；
步骤4：淬火：将炉温升至800℃保温60min，升温至930℃保温60min后进行油冷；
步骤5：一次回火：将炉温升至710℃保温120min，进行水冷；
步骤6：二次回火：将炉温升至660℃保温120min，进行水冷；
进一步的，所述热加工锻造在低于1150℃的炉温下进行坯料装炉，所述坯料装炉采用堆装方式，所述锻后冷却方式采用炉冷或灰砂冷。
进一步的，所述热加工锻造过程的锻造比为5:1，始锻温度为1200℃，终锻温度为850℃。
进一步的，所述热加工锻造过程的升温工序为在入炉温度下保温30min，经4h将温度缓慢升至1200℃，均温36min。
进一步的，所述淬火工艺加热时，入炉温度小于600℃，回火加热时，入炉温度小于400℃，所述淬火和回火加热升温速率均小于200℃。
进一步的，所述淬火工件冷却后温度低于200℃，冷却时间不低于40min。
进一步的，所述淬火冷却结束至回火入炉的时间间隔小于120min。
本发明的有益效果是：本发明通过在钢材冶炼过程中加入少量Al，降低钢材中的氮含量对钢材的影响，降低钢材的脆性，提高韧性；通过在常规加工工艺中添加一次正火处理步骤，在冷却过程中使钢材的结晶晶粒细化，进一步提升材料的韧性；经拔长镦粗和再拔长释放组织应力；改善热处理工艺条件，通过两次不同温度的回火进一步释放组织在加工和冷却过程中产生的应力，有效提升产品的力学性能。
附图说明
图1是试样外观形貌，
图2是拉伸试样断口形貌1，
图3是拉伸试样断口形貌2，
图4是冲击试样断口形貌，
图5是冲击断口微观组织100倍放大形貌，
图6是拉伸断口组织形貌，
图7是拉伸断口组织韧窝形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示的试样进行拉伸和冲击性能测试，得到拉伸试样断口两侧形貌图2和图3，以及冲击试样断口形貌图4，结合断口微观组织100倍放大形貌，发现冲击断口边缘均有二次裂纹，且二次裂纹呈穿晶分布，组织碳化物趋于网状。
拉伸断口上可见纤维区，剪切唇，纤维区微观形貌为韧窝，韧窝中可见较多裂纹。
分析结果：
钢材在冶炼和锻造过程中因过高的氮含量提升了材料的强度和脆性，降低了材料的韧性，除了钢材本身含氮量，冶炼和浇筑过程中钢水也会从炉气和空气中吸收氮，影响钢的淬火时效和形变时效，对材料的力学性能造成影响；
纤维区的裂纹与组织中的索氏体、贝氏体、铁素体以及链状和网状的碳化物有关。
由此，采用如下实施例的方法进行加工，能够克服以上的缺陷：
实施例：
步骤1：将坯料放入电炉中进行冶炼，在钢水中加入Al，进行真空脱气；
步骤2：正火处理：将炉温升高至750℃，保温65min，进行空冷；
步骤3：热加工锻造：控制锻造比为5:1，始锻温度为1200℃，终锻温度为850℃，将坯料拔长到400mm，再镦到220mm，再拔长到工艺尺寸进行修整，锻后冷却方式采用灰砂冷；
步骤4：淬火：将炉温升至800℃保温60min，升温至930℃保温60min后进行油冷，加热时，入炉温度小于600℃，加热升温速率均小于200℃；
步骤5：淬火冷却完成50min后进行一次回火：回火加热时，入炉温度小于400℃，加热升温速率均小于200℃，将炉温升至710℃保温120min，进行水冷；
步骤6：二次回火：将炉温升至660℃保温120min，进行水冷。
对所得产品进行拉伸和冲击力学性能测试，结果数据较常规方法均有所提高。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种提高410锻件力学性能的工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将坯料放入电炉中进行冶炼，在钢水中加入Al，进行真空脱气；
步骤2：正火处理：将炉温升高至750℃，保温65min，进行空冷；
步骤3：热加工锻造：将坯料拔长到400mm，再镦到220mm，再拔长到工艺尺寸进行修整；
步骤4：淬火：将炉温升至800℃保温60min，升温至930℃保温60min后进行油冷，所述淬火工艺加热时，入炉温度小于600℃，回火加热时，入炉温度小于400℃，所述淬火和回火加热升温速率均小于200℃，淬火工件冷却后温度低于200℃，冷却时间不低于40min；
步骤5：一次回火：所述淬火冷却结束至回火入炉的时间间隔小于120min，将炉温升至710℃保温120min，进行水冷；
步骤6：二次回火：将炉温升至660℃保温120min，进行水冷；
所述热加工锻造在低于1150℃的炉温下进行坯料装炉，所述坯料装炉采用堆装方式，所述锻后冷却方式采用炉冷或灰砂冷，所述热加工锻造过程的锻造比为5:1，始锻温度为1200℃，终锻温度为850℃，所述热加工锻造过程的升温工序为在入炉温度下保温30min，经4h将温度缓慢升至1200℃，均温36min。
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