CN114959192A - 一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,以E1375低碳低合金钢材质原料,利用模具浇注制得符合设计要求的铸件,再经淬火、回火热处理工艺,从而得到铸件成品,即完成了对低碳低合金钢提高低温冲击韧性的热处理的整个过程。本发明的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,制得的铸件性能低温冲击数值明显提高的同时,抗拉强度、屈服强度、硬度等性能指标也相对提高,使得阀门流体阀门类铸件能够达到低温冲击要求,可以在使用过程中更加的安全,同时也延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铸件铸造生产技术领域,具体是一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法。
背景技术
E1375低碳低合金钢属于铸造用铬钼钢类型,热强性和抗氧化性都比较好,还具有优异的抗氢腐蚀性能,广泛运用于能源、交通、矿山、冶金等行业机械的零部件中。
在流体阀门类铸件中使用此类材质,通常的热处理工艺(正火+回火)即可满足使用性能要求,但是随着市场竞争及需求质量的提高,对此类材质机械性能要求相对苛刻,即增加零下29摄氏度冲击要求,而传统采用的正火和回火的热处理工艺,其制造的铸件材料并不能达到要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,包括以下步骤:
S1、制备铸件:以E1375低碳低合金钢材质原料,利用模具浇注制得符合设计要求的铸件;所述E1375低碳低合金钢,按元素质量百分比计,其化学成分包括:C:0.14~0.17;Si:0.35~0.55;Mn:0.55~0.70;P≤0.018;S≤0.015;Cr:2.10~2.40;Ni≤0.40;Mo:0.90~1.10;Al:0.030~0.050,所述E1375低碳低合金钢的力学性能要求为:Rp0.2Mpa≥400,RPmMpa:485~655,A(%)≥20,Z(%)≥35,Akv/-40℃≥40J;
S2、淬火:将S1步骤制得的铸件,置于热处理炉内进行升温,装炉温度小于350℃,升温速度控制在≤120℃/h,直至炉内温度达到935~945℃时停止升温,保温处理3.0h;再随炉冷却至845~875℃,保温处理0.5h后;取出铸件,并静水冷却;
S3、回火:将淬火水冷结束的铸件,置于热处理炉内进行升温,装炉温度小于150℃,升温速度控制在≤100℃/h,直至炉内温度达到715~745℃时停止升温,保温处理4.0h,然后取出铸件,并进行空冷;
S4、制成品:将回火空冷结束的铸件,检测产品性能,从而得到铸件成品,即完成了对低碳低合金钢提高低温冲击韧性的热处理的整个过程。
优选地,在S2淬火步骤中,所述水冷的工艺条件为:铸件水冷转移时间≤60秒,水温控制在30~35℃,水冷时间为5分钟。
优选地,在S2淬火、S3回火步骤中,对于淬火水冷结束的铸件,需在60~120min内,置于热处理炉内进行升温回火。
优选地,所述热处理炉为实验室箱式马弗炉。
优选地,在S4、制成品步骤中,所述检测产品性能,其具体包括硬度检测和显微镜金相观测,且所述硬度检测通过King-3000布氏硬度计进行。
本发明的有益效果:
本发明的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,采用稳定的淬火+回火工艺,使得铸件性能低温冲击数值明显提高的同时,抗拉强度、屈服强度、硬度等性能指标也相对提高,使得阀门流体阀门类铸件能够达到低温冲击要求,可以在使用过程中更加的安全,同时也延长使用寿命。
附图说明
图1:本发明的热处理工艺示意图;
图2:现有技术的对照组的热处理工艺示意图;
图3:双基尔试块的尺寸标注图;
图4:铸件本体取样位置示意图;
图5:本发明实施例中的铸件样品的金相显微组织(100倍)图;
图6:现有技术的对照组铸件样品的金相显微组织(100倍)图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解,下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:
如图1所示,一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,包括以下步骤:
S1、制备铸件:以E1375低碳低合金钢材质原料,利用模具浇注制得符合设计要求的铸件,如采用同炉浇注的双基尔试块,试块的尺寸标注按照ASTM A703进行(如图3所示)。
上述的E1375低碳低合金钢,按元素质量百分比计,其化学成分要求为:C:0.14~0.17;Si:0.35~0.55;Mn:0.55~0.70;P≤0.018;S≤0.015;Cr:2.10~2.40;Ni≤0.40;Mo:0.90~1.10;Al:0.030~0.050。化学成份需要严格控制,按照上述要求进行控制,P和S按照下限进行控制。
上述的E1375低碳低合金钢,其力学性能要求见表1:
表1:E1357低碳低合金钢力学性能要求
Rp0.2Mpa | RPmMpa | A(%) | Z(%) | Akv/-29℃ |
≥400 | 485-655 | ≥20 | ≥35 | ≥40J(单个≥28J) |
在表1中,Akv/-29℃的性能要求为≥40J(单个≥28J),具体是指在零下29℃情况下做的“V”型缺口冲击功要求平均值≥40焦耳,其中单个值要≥28焦耳(共计3个值)。
S2、淬火:图1为本发明的热处理工艺示意图。按照图1所示工艺,将S1步骤制得的铸件,置于热处理炉内进行升温,装炉温度小于350℃,升温速度控制在≤120℃/h,直至炉内温度达到935~945℃时停止升温,保温处理3.0h;再随炉冷却至845~875℃,保温处理0.5h后;取出铸件,并静水冷却;铸件水冷转移时间≤60秒,水温控制在30~35℃,水冷时间为5分钟。
S3、回火:图1为本发明的热处理工艺示意图。按照图1所示工艺,将淬火水冷结束的铸件,置于热处理炉内进行升温,装炉温度小于150℃,升温速度控制在≤100℃/h,直至炉内温度达到715~745℃时停止升温,保温处理4.0h,然后取出铸件,并进行空冷。
为了避免实际生产中大型流体阀门类闸阀铸件在淬火水冷过程中产生裂纹,除淬火温度需要按照上述工艺示意图中要求进行控制外(需将淬火温度由950℃炉冷至860℃保温0.5h后立即水冷),操作中需要特别注意:为了防止铸件冷却后应力释放受阻需要在淬火后立即进行回火,通常控制在60-120分钟以内,特别对于实际生产中的大型流体阀门类闸阀铸件或者此类钢种结构复杂、壁厚不均匀铸件,更应该注意淬火后回火时间的间隔控制。
S4、制成品:将回火空冷结束的铸件,检测产品性能,具体包括硬度检测和显微镜金相观测,且硬度检测通过King-3000布氏硬度计进行,从而得到铸件成品,即完成了对低碳低合金钢提高低温冲击韧性的热处理的整个过程。
实施例2(对照组):
图2为现有技术的热处理工艺示意图。按照图2所示工艺,采用现有的技术正火+回火工艺,制备相同铸件产品,作为对照组。具体工艺步骤同实施例1相同,而且试验的铸件双基尔试块与实施例1的双基尔试块为同炉浇注的产品。
实施例1、实施例2中的热处理炉均为实验室箱式马弗炉。
实施例1、实施例2均实施2次,分别为实施例3和4,并检测产品性能,得到的产品性能,见表2:
表2:E1375低碳低合金钢采用不同的热处理工艺所得产品的性能
其中,实施例1、3为采用本发明工艺的实验组,实施例2、4、为采用现有技术的对照组。
通过试验结果数据(即由表2)可以看出,采用本发明工艺的实验组实施例1、3的各项性能指标均达到标准要求,特别是-29℃低温冲击数值,现有技术热处理工艺(实施例2、4)的-29℃低温冲击不合格,与本发明热处理工艺(实施例1、3)结果数值相差甚远。同时采用King-3000布氏硬度计对分别对两种工艺下处理的试样硬度进行检测,从表2种可以看出,两种工艺结果显示,硬度上本发明热处理工艺(实施例1、3)要比现有技术热处理工艺(实施例2、4)结果高20HB左右。在屈服及抗拉强度数值显著增大的情况下,塑性指标同样稍有提高。
在显微镜下观察试样微观金相100倍,具体如图5、图6所示,图5为本发明实施例中的铸件样品的金相显微组织(100倍)图,图6为现有技术的对照组铸件样品的金相显微组织(100倍)图。由图5及图6可以看出
现有技术热处理工艺(实施例2、4)热处理后的金相组织为珠光体,力学性能介于铁素体与渗碳体之间,即其强度、硬度比铁素体显著提高,塑性、韧性比铁素体要差,但比渗碳体要好很多,珠光体组织呈指纹状,其中白色的基底为铁素体。而本发明热处理工艺(实施例1、3)热处理后的金相为部分马氏体+回火索氏体+少量残余铁素体。组织决定性能,本发明热处理工艺(实施例1、3)的材料的屈服强度及抗拉强度性能提高的同时,因水淬时冷却效果较统一配合回火处理,金相晶粒组织相对较细且均匀,导致延伸率及冲击韧性的提高。
图4为本发明实施例中的铸件本体取样位置示意图。如图4所示,对于实际生产中对阀体类铸件不同位置进行解剖(铸件本体取样位置见图4),本体性能也完全符合标准要求,具体结果试验结果如表3:
表3本发明E1357低碳低合金钢工艺产品铸件的本体性能结果
表3中,1a、1b分别是经本发明热处理工艺制得的阀体类铸件不同位置(分别为a处和b处)进行解剖。2a、2b分别是经现有技术热处理工艺处理制得的阀体类铸件不同位置(分别为a处和b处)进行解剖。
研究结果表明,E1357这种低碳低合金钢运用本发明的水淬工艺后,所得出的机械性能结果完全符合铬钼钢标准要求,特别是在低温冲击方面尤为突出,解决了实际企业生产中一大难题。
本发明的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,采用稳定的淬火+回火工艺,使得铸件性能低温冲击数值明显提高的同时,抗拉强度、屈服强度、硬度等性能指标也相对提高,使得阀门流体阀门类铸件能够达到低温冲击要求,可以在使用过程中更加的安全,同时也延长使用寿命。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、制备铸件:以E1375低碳低合金钢材质原料,利用模具浇注制得符合设计要求的铸件;所述E1375低碳低合金钢,按元素质量百分比计,其化学成分包括:C:0.14~0.17;Si:0.35~0.55;Mn:0.55~0.70;P≤0.018;S≤0.015;Cr:2.10~2.40;Ni≤0.40;Mo:0.90~1.10;Al:0.030~0.050,所述E1375低碳低合金钢的力学性能要求为:Rp0.2Mpa≥400,RPmMpa:485~655,A(%)≥20,Z(%)≥35,Akv/-40℃≥40J;
S2、淬火:将S1步骤制得的铸件,置于热处理炉内进行升温,装炉温度小于350℃,升温速度控制在≤120℃/h,直至炉内温度达到935~945℃时停止升温,保温处理3.0h;再随炉冷却至845~875℃,保温处理0.5h后;取出铸件,并静水冷却;
S3、回火:将淬火水冷结束的铸件,置于热处理炉内进行升温,装炉温度小于150℃,升温速度控制在≤100℃/h,直至炉内温度达到715~745℃时停止升温,保温处理4.0h,然后取出铸件,并进行空冷;
S4、制成品:将回火空冷结束的铸件,检测产品性能,从而得到铸件成品,即完成了对低碳低合金钢提高低温冲击韧性的热处理的整个过程。
2.根据权利要求1所述的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,其特征在于,在S2淬火步骤中,所述水冷的工艺条件为:铸件水冷转移时间≤60秒,水温控制在30~35℃,水冷时间为5分钟。
3.根据权利要求1所述的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,其特征在于,在S2淬火、S3回火步骤中,对于淬火水冷结束的铸件,需在60~120min内,置于热处理炉内进行升温回火。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,其特征在于,所述热处理炉为实验室箱式马弗炉。
5.根据权利要求1所述的一种提高低碳低合金钢低温冲击韧性的热处理工艺方法,其特征在于,在S4、制成品步骤中,所述检测产品性能,其具体包括硬度检测和显微镜金相观测,且所述硬度检测通过King-3000布氏硬度计进行。
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