CN114317900B - 一种用于消除锻件偏析线的热处理工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于消除锻件偏析线的工艺方法,属于材料热处理领域,该方法采用高温加热等温转变将锻件中流线状的BN析出相溶入钢的基体中,再快冷至某一温度保温,防止BN再次析出,从而消除锻件偏析线缺陷组织。高温加热等温转变,温度1210~1230℃,加热速度不大于120℃/h,扩散时间为4h,等温转变温度650±10℃,均保温后快冷至600℃~650℃,在650±10℃温度下进行等温转变处理。本发明消除了锻件偏析线缺陷组织,避免造成锻件批量报废。
Description
技术领域
本发明属于材料热处理领域,涉及一种消除Cr-Ni-Mo钢锻件BN偏析线的工艺方法。
背景技术
Cr-Ni-Mo钢锭经过锻造、热处理后进行低倍断口检测时,发现批量锻件在进行断口检测时,断口试片的整个截面上布满了白亮色线条。依据YB475-1993评定,该类缺陷被称为偏析线,严重程度达到Ⅱ级锻件将被视为不合格产品。本年度共投炉该类产品8炉,136支锻件,调质处理后进行断口检测,合格率仅占7.8%,其余均为Ⅱ级偏析线断口。
为解决该质量问题,对偏析线的性质进行辨别,在锻件的低倍断口试片上取样进行扫描电镜观察和分析。发现,断面上分布着方向性条带,这些条带放大观察呈沟槽状,沟槽表面光滑,其上分布有条状、块状物质,能谱分析表明这些物质主要含有B和N元素。经查阅相关文献,得知这种物质属于钢中的一种BN析出相。为了解决偏析线导致的断口不合格问题,认为应该寻求一种能够消除该析出相的办法从而挽救生产出来的不合格锻件。
其次,对BN的溶解做了模拟计算,根据计算的结果结合相关技术文献,制定了消除这种析出相的工艺方法。试验验证后,原来偏析线断面上沟槽中的条带状和块状析出相消除了,只留下了沟槽的痕迹。
经研究发现,该类缺陷形成的原因是,电炉炼钢时加入的废钢、精炼炉冶炼时加入的合金中均含有B元素,或者冶炼含B钢的钢包中的注余也含有B元素,在浇注时带入钢锭内部,随着钢水凝固和钢锭冷却,B元素与钢中的N元素以BN析出相的形式留在钢的基体中。在后续锻造成形的作用下,这些BN析出相便呈条带状沿着锻件变形方向延伸,从而贯穿了整个锻件。后续热处理温度较低,无法将其消除,遂在锻件调质态断口上便出现了白亮色的偏析线缺陷。
发明内容
本发明目的是提供一种用于消除锻件BN偏析线的热处理工艺方法,一种能够将锻件偏析线缺陷组织消除的热处理工艺方法,挽救成批的不合格产品锻件,避免造成巨大的经济损失。
本发明的技术方案是:一种用于消除锻件BN偏析线的热处理工艺方法,其特征在于,锻件热处理前进行高温加热等温转变处理:
高温加热:
加热速度不大于120℃/h,加热温度1210~1230℃,扩散时间为4h;
高温加热之后:在650±10℃温度下进行等温转变处理;保温后快冷至600℃~650℃。
进一步地,高温加热之后:加热出炉后空冷至600℃~650℃后装入600℃~650℃带料炉中,在650±10℃温度下进行低温退火。
进一步地,进行高温加热等温转变处理后进行高温正火:将锻件以不大于100℃/h的速度加热至850℃保温3h再升温至920+20℃,均保温6h后出炉空冷。
本发明的技术效果:
本发明消除了锻件偏析线缺陷组织,避免造成锻件批量报废。
具体实施方式
本发明涉及一种消除Cr-Ni-Mo钢锻件BN偏析线的工艺方法,属于材料热处理领域。采用高温加热等温转变将锻件中流线状的BN析出相溶入钢的基体中,再快冷至某一温度保温,防止BN再次析出,从而消除锻件偏析线缺陷组织。
高温加热等温转变,温度1210~1230℃,加热速度不大于120℃/h,扩散时间为4h,等温转变温度650±10℃,均保温后快冷至600℃~650℃,在650±10℃温度下进行等温转变处理。
本发明消除了锻件偏析线缺陷组织,避免造成锻件批量报废。
本发明采用高温加热等温转变,将锻件中流线状的BN析出相溶入钢的基体中,再快冷至某一温度保温,防止BN再次析出,从而消除锻件偏析线缺陷组织。
锻件在锻后退火出炉时,切取试片进行调质处理,检查断口是否有偏析线,若有,需将锻件热处理前进行高温加热等温转变处理,消除锻件中条带状的BN析出相,避免锻件调质后出现偏析线不合格断口而报废。
高温加热等温转变,温度1210~1230℃,加热速度不大于120℃/h,扩散时间为4h,等温转变温度650±10℃,均保温后快冷至600℃~650℃,在650±10℃温度下进行等温转变处理。
进一步地,高温加热等温转变,加热速度不大于120℃/h,加热温度1210~1230℃,均保温时间为4h,均保温后快冷至600℃~650℃,在650±10℃温度下进行等温转变处理;锻件经过这样处理,能够使锻件中BN偏析线能够快速溶解,并避免由于缓冷导致BN再次析出,同时保证锻件内部应力不超过锻件屈服强度而发生无法挽救的过大变形。
本发明的原理:
通过对B元素含量不同的Cr-Ni-Mo系钢进行BN相溶解体积分数随温度的变化关系模拟。发现B含量为0.001%~0.003%之间时,BN相1000℃开始溶解,而溶解结束温度则随着B元素含量的增加而升高,含量为0.001%时溶解结束温度为1200℃,当增至0.003%时,溶解结束温度提高至1280℃左右。
在实际生产中,经统计发现某产品钢锭中B含量为0.0006%~0.0015%。根据上述模拟的BN相的溶解规律,制定热处理工艺。对断口不合格的锻件进行高温加热,加热到1210~1230℃均保温一定时间,可以保证BN以最短的时间溶入钢的基体中,再快冷至某一温度保温使其保留在基体中不析出,同时避免锻件由于内部应力过大而产生不可挽救的弯曲和变形。在随后的热处理过程中,由于加热温度较低不影响BN的分布,从而使调质态断口中不会条带状BN析出,得到合格断口。
由于锻件经过高温加热保温后,会引起晶粒粗大,若直接进行常规工艺的热处理,会影响锻件的力学性能,甚至导致冲击功不合格,因此,为细化径颗粒,均匀组织,锻件经高温加热等温转变处理后,需要先进行高温正火处理,在进行常规工艺的热处理:
高温正火:将锻件以不大于100℃/h的速度加热至850℃保温3h再升温至920+20℃,均保温6h后出炉空冷。
高温加热等温转变处理之后还包括的工艺方案如下:
以不大于120℃/h的加热速度将不合格锻件分两批加热至920℃保温4h再升温至1230-20℃,分别保温4h和8h,出炉后空冷至600℃~650℃后装入600℃~650℃带料炉中,在650±10℃温度下进行低温退火,其保温时间按随炉生产产品执行,为细化晶粒,均匀组织,锻件热处理前应先进行高温正火,后再进行调质处理,具体工艺为:
①高温正火:将锻件以不大于100℃/h的速度加热至850℃保温3h再升温至920+20℃,均保温6h后出炉空冷。
②正火:要求装炉温度低于920℃,加热速度不大于100℃/h,在880+10℃均保温6h出炉空冷
③淬火:要求装炉温度低于860℃,加热速度不大于100℃/h,在860+10℃均保温6h,冷却:空冷5min—水冷2min—油冷30min
④回火:538+5℃×8h,空冷
由于锻件经过高温加热保温后,会引起晶粒粗大,若直接进行常规工艺的热处理,会影响锻件的力学性能,甚至导致冲击功不合格,因此,为细化径颗粒,均匀组织,锻件经高温加热等温转变处理后,需要先进行高温正火处理,在进行常规工艺的热处理。
首先将经过高温加热等温处理的锻件出炉后抽取两支两端切片进行试片调质处理,出炉后进行性能和低倍断口检测,若断口偏析线消失,断口组织和性能均合格,则先抽取6支锻件进行首批试验,若断口和性能等各项指标合格,则将后续锻件全部按照此方案处理。6支锻件经过上述工艺处理后,出炉进行机加工,去掉锻件表面氧化皮,再进炉热处理,出炉后切片进行低倍断口检测。
将偏析线不合格断口的锻件进行上述高温加热等温处理,出炉后抽取两支锻件两端切片进行试片调质,(工艺:860℃×3h,水冷;回火580℃×3h,水冷)调质后在试片上开槽,打断,观察断口,若偏析线消除,则在试片上切取性能试样与组织晶粒度试样进行检测,若各项检测结果良好,则将高温加热等温后的锻件按图纸要求进行机加工及热处理,在该产品原来工艺的基础上调整后续的热处理工艺参数,保证性能、组织和晶粒度符合技术条件要求。调质热处理完成后统一再切试片进行断口检测。
上述高温加热等温后抽检的两支锻件检测结果见下表所示:
表1高温加热等温时间
表2高温加热等温处理后的两支锻件试片的检测结果
通过以上数据结果可以看出试片经过调质处理后,两批锻件断口上均无偏析线,性能和晶粒度均符合技术要求。即经过高温加热等温处理后锻件内部的BN偏析线被消除,并且锻件保温4h即可使BN全部溶入钢的基体中。参考试片的调质结果,并综合考虑锻件热处理过程中的应力及变形因素,在原来工艺基础上调整锻件的热处理工艺保证锻件热处理后各项指标符合技术要求。首先抽取6支锻件进行热处理,热处理后的理化检测结果见表3。
表3热处理后锻件的理化检测结果
从上表可以看出,锻件经过上述方案处理后断口合格,性能合格,晶粒度作为参考技术指标,均匀细小。在此次试验的基础上,将后续不合格锻件均以此工艺处理,断口合格率达到100%
因此,本发明所述的一种能够将BN偏析线缺陷组织消除的热处理工艺方法,能够挽救批量的不合格产品,避免重大的经济损失。
Claims (1)
1.一种用于消除锻件BN偏析线的热处理工艺方法,其特征在于,锻件热处理前进行高温加热等温转变处理:
高温加热:
加热速度不大于120℃/h,加热温度1210~1230℃,扩散时间为4h;
高温加热之后:加热出炉后空冷至600℃~650℃后装入600℃~650℃带料炉中,在650±10℃温度下进行等温转变处理;
后续工艺步骤为:
①高温正火:将锻件以不大于100℃/h的速度加热至850℃保温3h再升温至920℃~940℃,均保温6h后出炉空冷;
②正火:要求装炉温度低于920℃,加热速度不大于100℃/h,在880~890℃均保温6h出炉空冷;
③淬火:要求装炉温度低于860℃,加热速度不大于100℃/h,在860~870℃均保温6h,冷却:空冷5min—水冷2min—油冷30min;
④回火:538~543℃×8h,空冷;
所述锻件为Cr-Ni-Mo钢锻件,B含量为0.0006%~0.0015%。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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