CN114717393A - 一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁材料热处理技术领域，具体涉及一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法。步骤为：首先将热轧棒材输送至辊底式连续退火炉进行快速等温球化退火处理，入炉升温至765～820℃，保温1h～1.5h后降温到650～700℃，保温10h～11h；随炉冷却至500℃以下，出炉空冷至室温，完成等温球化退火处理；通过控制温度、时间相关条件，提升效率、缩短时间；同时具备球化组织分布均匀，脱碳层小等优点。

Description

一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法
技术领域
本发明属于钢铁材料热处理技术领域，具体涉及一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法。
背景技术
42CrMoA是一种常用的高淬透性合金结构钢，其淬透性较高，具有较高的高强度和良好的韧性，冷应变塑性良好，无明显的回火脆性；调质处理后有较高的疲劳极限和抗冲击能力，具有良好的综合力学性能；因此，国内外这种关键部位的高级别螺栓钢主要以42CrMoA等钢为主，被广泛应用于加工高压管道和紧固件、齿轮、轴等机械零件。
42CrMoA使用前须经球化退火处理，球化退火是钢材加工过程中一道很重要的热处理工序。通过球化退火处理，一方面可以降低钢材的硬度，以利于冷加工；另一方面能够改善组织、消除应力，为后续的其他热处理过程做好组织准备。
传统的热处理加热方法及冷却方法，生产后材料的硬度、金相组织、力学性能，各项性能指标分散度大及变形难以控制，故热处理的质量不稳定，变形后材料需校直矫正后再车削，需要增加校直矫正、原材料预留尺寸量大造成车削量大，增加了人力物力成本及原材料的浪费。目前采用的退火工艺球化率不高，且球化组织不均匀，碳化物很难长距离的扩散到铁素体内部，导致球化退火后，仍存在无渗碳体或少渗碳体区域，处理效果不好；反复球化虽然能提高球化率，提升效果，但是退火工艺时间长，成本相对也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速等温球化退火方法，针对42CrMoA钢棒进行专门研究，创造性的构建出一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，通过控制温度、时间相关条件，提升效率、缩短时间；同时实现球化组织分布均匀，脱碳层小等优点。
为了实现以上目的，本发明提供一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，具体操作步骤如下：
(1)首先将42CrMoA钢热轧棒材输送至辊底式连续退火炉，进行快速等温球化退火处理，其中入炉升温至765～820℃，保温1h～1.5h后降温到650～700℃，保温10h～11h；随炉冷却至500℃以下，然后出炉空冷至室温，完成球化退火处理；
(2)基于步骤(1)的冷却出炉，对出炉后的圆钢进行精整和检验；
42CrMoA钢棒由下列重量百分比的成分组成：
C：0.40～0.44％、Mn：0.50～0.80％、Si：0.20～0.35％、Mo：0.16～0.20％、Cr：0.90～0.99％、Ni：≤0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Cu：≤0.20％，Alt：0.010～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质。
优选的，步骤(1)中所述连续炉为辊底式连续退火炉，采用温度分13区控制；加热源为天然气，上下两排辐射管进行辐射加热，炉内温度精度控制在±5℃之内，氮气全程保护。
优选的，步骤(1)中所述退火炉内气氛，炉内残氧含量在线实时检测，并控制在15ppm以下。
优选的，步骤(1)中所述入炉加热段升温至770～780℃，保温1h～1.5h。
优选的，步骤(1)中所述加热保温后降温到690～695℃，保温10h～11h。
本发明的优点和技术效果是：
(1)普通的快速退火方法珠光体的分解缓慢，组织中碳化物析出不充分，还存在链状碳化物，碳化物仍分布在原来的珠光体位置，球化效果不明显。这是因为温度以及速率控制不精确，碳化物的溶解变得十分困难，合金元素和碳元素的迁移和扩散也变得比较缓慢。碳化物还是保留原始组织粗大不均匀的特点，导致退火组织分布不均且粗大。
(2)球化退火处理时，需要选择适宜的等温温度，保证适量的未溶碳化物，才能达到较好的球化效果；本发明采用分段式加热保温球化效果明显有所改善。在奥氏体化等温阶段，有更多的碳和合金原子被溶解，棱角清晰的碳化物大多已经溶解并球化，碳化物分布更均匀。同时在奥氏体化加热结束后，还存在很多未溶碳化物，这部分未溶碳化物将成为冷却过程中碳化物析出长大的成核质点。
(3)利用辊底式连续退火炉，加热使碳化物和珠光体转变为不均匀奥氏体和部分未溶解碳化物的混合组织；控制球化加热保温的温度及降温温度，其目的是为了获得形核质点，提供更多利于碳化物形核和球化的位置，这样过冷到A1点以下，在较小的过冷度向珠光体转变时，未溶解的残余渗碳体便是现成的核，每个晶核独自向四周长大，长成粒状渗碳体，而在粒状渗碳体周围出现低碳的奥氏体，通过形核长大转变为铁素体。获得均匀分布的细粒状珠光体组织，球化加热过高或过低都将降低形核质点的形成，所以并非本领域的常规设置。基于此，其缩短了球化退火周期，经等温保温处理，促进了显微组织的球化转变，获得均匀的球化组织，提高了组织的均匀性。
(4)连续式球化退火，不同于传统的单规格单工艺生产，省去了工艺的频繁变换，可以实现多规格相同球化退火工艺，具有规格兼容性和生产同时性的特点，提高了生产的连续性。
附图说明
图1为实施例2所得产品的球化组织图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1：
(1)首先将42CrMoA钢热轧棒材输送至辊底式连续退火炉进行快速等温球化退火处理，连续退火炉采用温度分13区控制，入炉升温至770℃，保温1h后降温到690℃，保温10h；随炉冷却至500℃以下，然后出炉空冷至室温，完成球化退火处理；
(2)基于步骤(1)的冷却出炉，对出炉后的圆钢进行精整和检验；
42CrMoA钢棒由下列重量百分比的成分组成：C：0.42％、Mn：0.65％、Si：0.26％、Mo：0.17％、Cr：0.99％、Ni：0.02％、P：0.015％、S：0.010％、Cu：0.02％，余量为Fe及不可避免杂质；
按照JB/T5074—2007中、低碳钢球化体评级方法标准进行检验，球化组织为4.0级；HRB80。
实施例2：
(1)首先将42CrMoA钢热轧棒材输送至辊底式连续退火炉进行快速等温球化退火处理，连续退火炉采用温度分13区控制，入炉升温至780℃，保温1.5h后降温到695℃，保温11h；随炉冷却至500℃以下，然后出炉空冷至室温，完成球化退火处理；
(2)基于步骤(1)的冷却出炉，对出炉后的圆钢进行精整和检验；
42CrMoA钢棒由下列重量百分比的成分组成：C：0.41％、Mn：0.68％、Si：0.26％、Mo：0.17％、Cr：0.99％、Ni：0.02％、P：0.014％、S：0.008％、Cu：0.02％，余量为Fe及不可避免杂质；
按照JB/T5074—2007中、低碳钢球化体评级方法标准进行检验，球化组织为5.0级，如图1所示；HRB79。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先将42CrMoA钢热轧棒材输送至辊底式连续退火炉进行快速等温球化退火处理，入炉升温至765～820℃，保温1h～1.5h后降温到650～700℃，保温10h～11h；随炉冷却至500℃以下，然后出炉空冷至室温，完成球化退火处理；
(2)基于步骤(1)的冷却出炉，对出炉后的圆钢进行精整和检验；
42CrMoA钢由下列重量百分比的成分组成：
C：0.40～0.44％、Mn：0.50～0.80％、Si：0.20～0.35％、Mo：0.16～0.20％、Cr：0.90～0.99％、Ni：≤0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.020％、Cu：≤0.20％，Alt：0.010～0.030％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，其特征在于，步骤(2)中所述连续炉为辊底式连续退火炉，连续退火炉采用温度分13区控制，加热源为天然气，上下两排辐射管进行辐射加热，炉内温度精度控制在±5℃之内，氮气全程保护。
3.根据权利要求1所述的一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，其特征在于，步骤(1)中所述退火炉内气氛，炉内残氧含量在线实时检测，并控制在15ppm以下。
4.根据权利要求1所述的一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，其特征在于，步骤(1)中所述入炉加热段升温至770～780℃，保温1h～1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种42CrMoA钢棒的快速等温球化退火方法，其特征在于，所述加热保温后降温到690～695℃，保温10h～11h。
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