CN113981200A - 一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，包括以下步骤：将热轧态40Cr圆钢车削后放置在电阻炉内保温，保温温度在840℃±15℃保温60～90min，水冷至300℃±50℃，出水空冷至室温；将圆棒再次放入电阻炉按照500℃±20℃保温60min，取出后入水冷却至100℃±30℃，出水空冷至室温。本发明用于40Cr圆钢力学性能检验所用样品的调质处理，成功突破了以水为介质淬火时容易开裂的技术难点。相较于传统的以油为冷却介质的淬火工艺，本发明具有安全、环保、节能等特点。
Description
技术领域
本发明属于圆钢的热处理技术领域，具体涉及一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法。
背景技术
40Cr属于合金结构钢中的调质钢用量最大的典型牌号，是机械制造业使用最广泛的钢种之一。合金结构钢40Cr经调质处理后具有良好的综合力学性能,良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性，同时淬透性优于45钢，除调制处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，是机械制造业使用最广泛的钢种之一。40Cr圆钢力学性能检测中要求试样在检测前进行淬火+高温回火处理，传统的处理方法中，淬火介质为油，回火冷却介质为油或者水。但其操作较为复杂，产生的油烟、废油等处理需建立完整的程序，从而确保无害化处置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，解决了现有油冷技术中会有烟气产生；若钢放入油中速度过慢，会导致着火；油品需定期更换，否则会污染环境的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，具体操作步骤如下：
步骤1，将热轧态的40Cr圆钢车削为φ25mm圆棒；
步骤2，将车削为φ25mm的圆棒放置在加热炉内保温；
步骤3，将步骤2所得圆棒取出，采用水作为介质进行冷却，将圆钢第一次冷却至300℃±50℃，出水空冷至室温；
步骤4，将步骤3所得圆棒放入加热炉内保温，保温温度为520℃±20℃，保温60分钟；
步骤5，将步骤4所得圆棒取出，竖直插入水中进行冷却，将圆钢第二次冷却至100℃±30℃，出水空冷至室温。
本发明的特点还在于，
步骤1中，当圆钢直径＜φ25mm时，保温时间为60分钟；当圆钢直径为φ25mm时不需车削加工。
步骤2所述加热炉为高温箱式电阻炉。
步骤3、步骤5所述水为自来水，水温为30℃～80℃，所述室温在25±5℃。
步骤2所述保温温度为840℃±15℃，保温时间为90分钟。
本发明原理说明：
首先，不论采用油还是水作为冷却介质，其目的都是将加热到临界温度Ac3以上30～50℃后奥氏体化的钢以大于淬火临界冷却速度的冷速进行冷却，从而得到马氏体组织(有时也有为得到贝氏体或马氏体与贝氏体的混合物)。
其次，淬火工艺中冷却是一道关键的工序，为了获得马氏体组织，钢淬火时一般都必须采取快冷，使其冷速大于淬火临界冷却速率Vc，以避免过冷奥氏体发生分解。从钢的C曲线可知，其鼻部温度大约在500～600℃。可见，当钢冷至该温度以下时便不再需快冷，因为这时过冷奥氏体的孕育期又增长，适当减慢冷却，从而可减少马氏体转变产生的组织应力，从而降低淬火变形和开裂的倾向。
最后，在传统手段下，采用油还是水作为冷却介质，其差别是冷却速率不同。油的沸点一般比水高150～300℃，低温区间的冷速远小于水，有利于减少钢的变形和开裂倾向。但其缺点主要有：高温区间冷却能力很小；油经长期使用会发生老化，需定期过滤或更换新油。采用水作为介质，价廉易得，冷却能力较强。其缺点主要有：水温升高冷却能力显著下降；马氏体转变区的冷速太大，易使钢严重变形或开裂。
借助现有的技术手段很容易将水温度控制在一定范围内，基于此，本发明提出了将钢放置于温度为30℃～80℃的水中进行冷却(室温在25±5℃)，于300℃±50℃时取出空冷，回火时冷却至100℃±30℃取出空冷的操作方法，有效避免了钢在水中冷透时产生变形或开裂的现象，以及避免了采用油作为冷却剂时的油品老化烟气污染等问题。本发明方法热处理钢合格率达到100％，拉伸性能指标均合格，20℃下U型冲击功达到80J以上(国标要求≥47J)。
在本发明限定的温度下就不会发生开裂的主要原因是：在该温度下，我们已经将钢从冷却水中取出，采用空气缓冷工艺，从而大幅降低了内应力，避免了钢的开裂。
现有热处理技术主要为油冷，其主要缺陷是冷却中会有烟气产生；若钢放入油中速度过慢，会导致着火；油品需定期更换，废油处置有严格的规范，否则会污染环境。
本发明采用自来水作为冷却介质，价廉易得，需更换时，可将废水置于室外，蒸发后留下的沉淀物含铁多，可通过合理手段回收再利用，不会污染环境。
本发明的有益效果是：
本发明是一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，将分级淬火+高温回火工艺用于40Cr圆钢力学性能检验所用样品的调质处理，成功突破了以水为介质淬火时容易开裂的技术难点。相较于传统的以油为冷却介质的淬火工艺，本发明具有安全、环保、节能等特点。
本发明所述一种以水为介质的40Cr圆钢分级淬火+高温回火工艺方法所得圆棒与传统的以油为冷却介质进行淬火+高温回火工艺所得圆棒力学性能相当，组织相同，冲击性能相当，具有可替代性。
附图说明
图1为本发明一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法的工艺流程图。
图2为本发明一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法下钢的金相组织。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，流程如图1所示，具体操作步骤如下：
步骤1，将热轧态的40Cr圆钢车削为φ25mm圆棒；
步骤2，将车削为φ25mm的圆棒放置在加热炉内保温；
步骤3，将步骤2所得圆棒取出，采用水作为介质进行冷却，将圆钢第一次冷却至300℃±50℃，出水空冷至室温；
步骤4，将步骤3所得圆棒放入加热炉内保温，保温温度为520℃±20℃，保温60分钟；
步骤5，将步骤4所得圆棒取出，竖直插入水中进行冷却，将圆钢第二次冷却至100℃±30℃，出水空冷至室温。
步骤1中，当圆钢直径＜φ25mm时，保温时间为60分钟；当圆钢直径为φ25mm时不需车削加工。
步骤2所述加热炉为高温箱式电阻炉。
步骤3、步骤5所述水为自来水，水温为30℃～80℃，所述室温在25±5℃。
步骤2所述保温温度为840℃±15℃，保温时间为90分钟。
一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法的圆钢的钢的金相组织如图2所示，组织分布均匀，采用水淬后无裂纹。
实施例1
步骤一，将热轧态的40Crφ36mm规格圆钢车削为φ25mm圆棒；
步骤二，将车削为φ25mm的圆棒放置在加热炉内保温(加热炉需提前升温至845℃)，保温温度为845℃，保温时间为90分钟；
步骤三，将步骤二所得圆棒取出，采用水作为介质进行冷却，冷却至300℃，出水空冷至室温，特别强调圆棒要竖直插入水中，冷却过程中不能搅动；
步骤四，将步骤三所得圆棒放入加热炉内保温，保温温度为520℃，保温60分钟；
步骤五，将步骤四所得圆棒取出，放入水中进行冷却，冷却至70℃，出水空冷至室温，特别强调圆棒要竖直插入水中，冷却过程中不能搅动。
实施例2
步骤一，将热轧态的40Crφ32mm规格圆钢车削为φ25mm圆棒；
步骤二，将车削为φ25mm的圆棒放置在加热炉内保温(加热炉需提前升温至830℃)，保温温度为830℃，保温时间为90分钟；
步骤三，将步骤二所得圆棒取出，采用水作为介质进行冷却，将圆钢冷却至250℃，出水空冷至室温；
步骤四，将步骤三所得圆棒放入加热炉内保温，保温温度为500℃，保温60分钟；
步骤五，将步骤四所得圆棒取出，放入水中进行冷却，冷却至100℃，出水空冷至室温。
实施例3
步骤一，将热轧态的40Crφ18mm规格圆钢放置在加热炉内保温(加热炉需提前升温至825℃)，保温温度为825℃，保温时间为60分钟；
步骤二，将步骤二所得圆棒取出，采用水作为介质进行冷却，冷却至350℃，出水空冷至室温；
步骤三，将步骤三所得圆棒放入加热炉内保温，保温温度为540℃，保温60分钟；
步骤四，将步骤四所得圆棒取出，放入水中进行冷却，冷却至130℃，出水空冷至室温。
如下表1为采用本发明一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法处理后的圆钢的性能参数：
表1实施例性能数据
以上表1中的性能数据均是采用本发明方法下的性能数据，国标要求屈服强度大于785MPa，抗拉强度大于980MPa，指标均符合国标要求。
Claims (5)
1.一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1，将热轧态的40Cr圆钢车削为φ25mm圆棒；
步骤2，将车削为φ25mm的圆棒放置在加热炉内保温；
步骤3，将步骤2所得圆棒取出，采用水作为介质进行冷却，将圆钢第一次冷却至300℃±50℃，出水空冷至室温；
步骤4，将步骤3所得圆棒放入加热炉内保温，保温温度为520℃±20℃，保温60分钟；
步骤5，将步骤4所得圆棒取出，放入水中进行冷却，将圆钢第二次冷却至100℃±30℃，出水空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，其特征在于，步骤1中，当圆钢直径＜φ25mm时，保温时间为60分钟；当圆钢直径为φ25mm时不需车削加工。
3.根据权利要求1所述的一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，其特征在于，步骤2所述加热炉为高温箱式电阻炉。
4.根据权利要求1所述的一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，其特征在于，步骤3、步骤5所述水为自来水，水温为30℃～80℃，所述室温在25±5℃。
5.根据权利要求1所述的一种以水为介质的40Cr圆钢热处理方法，其特征在于，步骤2所述保温温度为840℃±15℃，保温时间为90分钟。
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