CN115074494B - 一种棒磨机用钢的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种棒磨机用钢的制备方法，属于棒磨机用钢制备技术领域，该制备方法包括：将棒磨机用钢进行感应淬火，所述感应淬火为所述棒磨机用钢在感应加热装置内进行的感应亚温淬火。本申请将棒磨机用钢在Ac1和Ac3之间的温度进行感应亚温淬火，可以在表面获得较高硬度的同时，避免棒磨机用钢的心部发生奥氏体转变，使心部具有一定的韧性，获得外硬内韧的棒磨机用钢。

Description

一种棒磨机用钢的热处理方法

技术领域

本申请属于棒磨机用钢制备技术领域，涉及一种棒磨机用钢的热处理方法。

背景技术

通常情况下，产品的部件要求一定的性能以满足使用要求。金属部件一般通过一定的热处理方法来获取部件所需要的性能。

在一些棒磨机用部件中，要求部件表面耐磨，需要表面具有较高的硬度，同时心部具有较低的硬度，且具有一定的韧性。现有的热处理方法中，通常采用感应淬火的方式，快速将部件表面一定深度加热至淬火温度，来实现表面的硬度。

但是，在部件尺寸较小的情况下，感应淬火时，很容易将部件整体穿透，导致部件心部完全奥氏体化，在后续的冷却过程中，心部发生马氏体或贝氏体相变，具有较高的硬度。

发明内容

针对现有技术的缺陷与不足，本申请的目的在于提供一种棒磨机用钢的热处理方法。

本申请将棒磨机用钢在Ac1和Ac3之间的温度进行感应亚温淬火，可以在表面获得较高硬度的同时，避免棒磨机用钢的心部发生奥氏体转变，使心部具有一定的韧性，获得外硬内韧的棒磨机用钢。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种棒磨机用钢的热处理方法，包括：

将棒磨机用钢进行感应淬火，所述感应淬火为所述棒磨机用钢在感应加热装置内进行的感应亚温淬火。

所述感应亚温淬火的保温温度在该钢种(亚共析钢)的Ac1和Ac3之间。

亚温淬火是亚共析钢在Ac1～Ac3温度之间的两相区内加热，经充分保温后淬火，又称临界区淬火。其中，Ac1为加热时铁素体开始转变为奥氏体的起始温度，Ac3为加热时铁素体完全转变奥氏体的终了温度。

在一些实施方案中，所述感应亚温淬火的保温温度大于亚共析钢的Ac1小于亚共析钢的Ac3。

本申请采用感应亚温淬火，在感应加热炉内，利用电磁感应在棒磨机用钢内产生涡流而将棒磨机用钢进行加热，使部件表面一定深度达到Ac1-Ac3之间的温度，在此过程中，热量由部件的表面到心部逐渐递减，使心部在加热过程中不发生奥氏体转变。该制备方法可以保证在后续的冷却过程中，心部不发生马氏体或贝氏体转变，有利于心部获得较低的硬度，从而使心部具有良好的韧性。

在一些实施方案中，Ac1和Ac3根据安德鲁斯公式(K.W.Andrews)计算确定。安德鲁斯公式如下：

Ac1＝723-10.7Mn-16.9Ni+29.1Si+16.9Cr+290As+6.38W。

Ac1和Ac3的计算公式中，字母符号均代表相应成分在钢中的质量百分含量。

Ac1和Ac3根据亚共析钢的成分计算确定，为后续确定感应亚温淬火提供较为准确的参考。

在一些实施方案中，棒磨机用钢的材质为65Mn。

在一些实施方案中，65Mn的成分以质量百分比计，包括：C：0.62％～0.70％，Si：0.17％～0.37％，Mn：0.90％～1.20％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.25％，Ni：≤0.25％，Cu：≤0.25％，Mo：≤0.10％，V：≤0.02％，Al：0.015-0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在一些实施方案中，感应亚温淬火的保温温度为726℃～765℃(比如730℃、735℃、740℃、745℃、755℃、758℃)，保温时间为3～4min。优选地，感应亚温淬火的保温温度为750～763℃。

在此温度范围内进行65Mn部件的感应亚温淬火，可以获得较好的淬火加热效果，同时使65Mn部件的心部在加热过程中不发生奥氏体转变。将保温时间控制在3-4min，保证热量不穿透工件心部，从而使心部在加热过程中不发生奥氏体转变。

在一些实施方案中，所述热处理方法还包括感应亚温淬火保温之后的冷却步骤，对感应亚温淬火保温后的棒磨机用钢进行冷却，所述冷却的方式为水冷，冷却速度为8～10.5℃/s(比如8.5℃/s、9℃/s、9.5℃/s、10℃/s)，冷却至80～180℃(比如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃)出水。优选地，冷却时间为1～1.3min。

采用合理的冷却方式，可以获得表面理想的淬火组织，以避免淬火效果差，比如欠淬火，导致表面硬度不满足部件使用要求，或者淬火过程过于激烈而发生部件开裂。在保温结束后采用水冷的冷却方式冷却，可以在表面获得马氏体+少量的铁素体，同时产生较小的淬火应力。

在一些实施方案中，还包括回火步骤，所述回火在冷却步骤之后进行。优选地，所述回火保温温度为400～450℃(比如410℃、420℃、425℃、435℃、440℃)，回火保温时间4～5min，回火冷却方式为出炉空冷。在此温度范围内回火，可以充分消除淬火应力，同时获得理想的硬度。回火温度太低，会导致表面硬度过高，同时不能充分消除应力，在后续使用过程中易发生开裂。回火温度太高会使表面硬度偏低，不满足使用要求。在400～450℃的温度回火，在消除淬火应力的同时，保证表面的硬度满足使用要求。

通过回火处理，可以消除感应亚温淬火过程中产生的部件的内部应力，有助于进一步调整硬度，稳定部件的尺寸和组织。

在一些实施方案中，所述热处理方法中使用的设备为依次顺序排布的淬火加热感应器、淬火喷淋系统、回火加热感应器，依次进行所述感应亚温淬火、所述冷却步骤、所述回火步骤。

在一些实施方案中，所述棒磨机用钢在上述设备中向前移动的辊速频率为20～30HZ(比如23HZ、25HZ、27HZ、29HZ)，优选地，向前移动方式为旋转前进。

在一些实施方案中，所述感应亚温淬火为中频感应亚温淬火，所述中频感应亚温淬火的工艺参数为：升温阶段功率500～700KW(比如520KW、540KW、560KW、580KW、620KW、650KW、680KW、690KW)，保温阶段功率200～300KW(比如210KW、230KW、250KW、270KW、290KW)。在此工艺参数下，可以保证棒磨机用钢表面一定深度发生奥氏体化，而心部不发生奥氏体转变。辊速频率过高会产生较低的淬火温度，辊速频率过低会使心部在加热过程中发生奥氏体转变。

在一些实施方案中，所述回火为中频感应回火，所述中频感应回火的工艺参数为：升温阶段功率100～200KW(比如110KW、130KW、150KW、160KW、180KW、190KW)，保温阶段功率30～60KW(比如40KW、45KW、50KW、55KW)。

在一些实施方案中，棒磨机用钢的截面最大尺寸为50-100mm，优选棒磨机用钢为热轧态圆钢，规格为∮50～∮100mm(比如∮55mm、∮60mm、∮65mm、∮70mm、∮75mm、∮80mm、∮85mm、∮90mm)。

在一些实施方案中，热处理后的棒磨机用钢的表面金相组织为回火马氏体+3％以下的铁素体，心部金相组织为珠光体+铁素体。

部件表面金相组织为回火马氏体+少量的铁素体，具有较高的硬度，以保证部件表面良好的耐磨性，心部金相组织为珠光体+铁素体，硬度较低，具有良好的韧性。

在一些实施方案中，热处理后的棒磨机用钢的表面硬度为45～55HRC(比如46HRC、48HRC、50HRC、53HRC)，心部硬度为20～29HRC(比如21HRC、23HRC、25HRC、27HRC)。

在此表面硬度和心部硬度范围内，棒磨机用钢表面的耐磨性能较佳，同时心部具有良好的韧性，形成部件外硬内韧的状态，避免使用过程中因心部硬度偏高而发生断裂。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

1)通过采用感应亚温淬火，将棒磨机用钢的局部进行感应亚温淬火，保证热量不穿透部件心部，以使部件心部在感应亚温淬火加热过程中不发生奥氏体转变，进而在后续的冷却过程中不进行马氏体或贝氏体转变，可以获得表面耐磨，心部具有良好韧性的棒磨机用钢。

2)可以用于制备棒磨机用部件，例如棒磨机筒体内所装载的研磨棒，该部件在使用过程中不易发生断裂，开裂率由原来的3％降至0.3％以内。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的感应亚温淬火工艺过程使用的设备及其排布示意图；

图2为本申请实施例1利用感应亚温淬火制备的65Mn部件的表面和心部显微组织照片；

图3为对比例1制备的65Mn部件的表面和心部显微组织照片；

图4为对比例2制备的65Mn部件的表面和心部显微组织照片；

图5为本申请实施例2提供的另一利用感应亚温淬火制备的65Mn部件的显微组织照片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用药品或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

图1为本申请实施例的感应亚温淬火工艺过程使用的设备及其排布示意图，1为回火加热感应器，2为储料台，3为淬火喷淋系统，4为淬火加热感应器，其中代表圆钢的进料运动方向，/>代表加热感应器，○代表环形喷淋装置，/>代表V型辊道，|代表储料台。淬火喷淋系统一般由四个环形喷淋装置组成，可根据淬火需要加以组合。

以下实施例对本申请的内容做进一步的详细说明，本申请的保护范围包含但不限于下述各实施例。

以下实施例使用的65Mn原料棒材为热轧圆钢，具有珠光体+铁素体组织。表1为65Mn原料棒材的化学成分。

表1 65Mn原料棒材的化学成分(wt％)

C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu	Al	Mo	V	余量
												0.65	1.02	0.25	0.003	0.015	0.11	0.03	0.02	0.025	0.01	0.002	Fe

根据安德鲁斯公式(K.W.Andrews)计算的Ac3为：765℃，Ac1为726℃。

实施例1

热处理方法如下：

(1)感应亚温淬火：利用淬火加热感应器将直径∮50mm的65Mn圆棒进行感应亚温淬火，淬火保温温度760℃，淬火保温时间3min。

(2)冷却：将淬火保温后的圆棒进行冷却，冷却设备为淬火喷淋系统，冷却方式为水冷，冷却速度为10.5℃/s，冷却时间1min。

(3)回火：利用回火加热感应器将冷却后的圆棒进行回火，回火温度为430℃，回火保温时间4min。

在整个过程中，设备中棒材旋转前进的辊速25HZ。

对比例1：对比例1的方案与实施例1类似，区别在于：

步骤(1)中，为传统感应淬火，淬火加热温度830℃，其余与实施例1相同。

对比例2：对比例2的方案与实施例1类似，区别在于：

步骤(1)中，淬火保温时间5min，

步骤(2)冷却时间1.7min；回火保温时间6min，辊速为15HZ，其余与对实施例1相同。

分析检测

(1)显微组织

图2为实施例1制备的65Mn部件的显微组织照片，图2(a)为表面部显微组织照片，图2(b)心部显微组织照片。

图3为对比例1制备的65Mn部件的显微组织照片，图3(a)为表面部显微组织照片，图3(b)心部显微组织照片。

图4为对比例2制备的65Mn部件的显微组织照片，图4(a)为表面部显微组织照片，图4(b)心部显微组织照片。

实施例1的表面显微组织为回火马氏体+3％以下微量铁素体，心部显微组织为珠光体+少量铁素体，对比例1的表面显微组织为回火马氏体，心部组织为珠光体+铁素体+回火马氏体，对比例2的表面显微组织为回火马氏+3％铁素体，心部组织为珠光体+铁素体+回火马氏体。从图2中可以看出淬火加热过程中，实施例1的心部显微组织未发生奥氏体转变，为原始的珠光体加铁素体组织。

(2)硬度检测

依据检测标准ASTM E18标准方法对实施例1和对比例1、对比例2热处理后的65Mn部件进行HRC硬度测试。

表2 实施例1、对比例1-2的硬度测试结果

如表2所示，从硬度来看，实施例1表面硬度47HRC，心部硬度25HRC，对比例1表面硬度48HRC，心部硬度33HRC，对比例2表面硬度47HRC，心部硬度30HRC。结果表明，在本申请的感应亚温淬火工艺条件下，心部硬度降低效果明显，同时保证了表面的高硬度，保证表面的耐磨性，同时心部具有一定的韧性。

实施例2

热处理方法如下：

(1)感应亚温淬火：利用淬火加热感应器将直径∮100mm的65Mn圆棒进行感应亚温淬火，淬火温度760℃，淬火保温时间4min。

(2)冷却：将淬火保温后的圆棒进行冷却，冷却设备为淬火喷淋系统，冷却方式为水冷，冷却速度为8℃/s，冷却时间1.3min。

(3)回火：利用回火加热感应器将冷却后的圆棒进行回火，回火温度为430℃，回火保温时间5min。

在整个过程中，设备中弹簧钢旋转前进的辊速20HZ。

分析检测

(1)显微组织

图5为实施例2制备的65Mn部件的显微组织照片，图5(a)为表面部显微组织照片，图5(b)心部显微组织照片。从图5中可以看出，表面组织为回火马氏体+微量铁素体，心部组织为珠光体加铁素体组织。

(2)硬度检测

按照标准方法对实施例2的65Mn部件进行HRC硬度测试。

表3 实施例2的硬度测试结果

编号	表面硬度	心部硬度
			实施例2	47HRC	25HRC

如表3所示，利用感应亚温淬火制备的65Mn部件表面硬度较高，具有良好的耐磨性，心部硬度交底，具有良好的韧性。

经本申请提供的棒磨机用钢热处理方法制备的65Mn棒磨机部件，使用过程中断裂率由原来的3％显著下降至0.3％以内，断裂率的计算是以断裂支数/使用支数*100％得到的。

Claims (10)

1.一种棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，包括：

将棒磨机用钢进行感应淬火，所述感应淬火为所述棒磨机用钢在感应加热装置内进行的感应亚温淬火；所述感应亚温淬火的保温温度在棒磨机用钢钢种的Ac1和Ac3之间；

所述感应亚温淬火的保温时间为3~4min；

还包括感应亚温淬火保温之后的冷却步骤，对感应亚温淬火保温后的棒磨机用钢进行冷却，所述冷却的方式为水冷；冷却时间为1~1.3min；

所述棒磨机用钢的材质为65Mn；

还包括回火步骤，所述回火在冷却步骤之后进行；

所述回火保温温度为400~450℃，回火保温时间4~5min，回火冷却方式为出炉空冷；

所述热处理方法中使用的设备为依次顺序排布的淬火加热感应器、淬火喷淋系统、回火加热感应器，依次进行所述感应亚温淬火、所述冷却步骤、所述回火步骤；

所述棒磨机用钢在上述设备中向前移动的辊速频率为20~30HZ，向前移动方式为旋转前进；

热处理后的棒磨机用钢的表面金相组织为回火马氏体+3%以下的铁素体，心部金相组织为珠光体+铁素体；

热处理后的棒磨机用钢的表面硬度为45~55HRC，心部硬度为20~29HRC。

2.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述感应亚温淬火的保温温度大于亚共析钢的Ac1小于亚共析钢的Ac3。

3.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，65Mn的成分以质量百分比计，包括：C：0.62%~0.70%，Si：0.17%~0.37%，Mn：0.90%~1.20%，P：≤0.035%，S：≤0.035%，Cr：≤0.25%，Ni：≤0.25%，Cu：≤0.25%，Mo：≤0.10%，V：≤0.02%，Al：0.015-0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述感应亚温淬火的保温温度为726℃~765℃。

5.根据权利要求4所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述感应亚温淬火的保温温度为750-763℃。

6.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述水冷的冷却速度为8~10.5℃/s，冷却至80~180℃出水。

7.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述感应亚温淬火为中频感应亚温淬火，所述中频感应亚温淬火的工艺参数为：升温阶段功率500～700kW，保温阶段功率200～300kW。

8.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述回火为中频感应回火，所述中频感应回火的工艺参数为：升温阶段功率100~200kW，保温阶段功率30~60kW。

9.根据权利要求1所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，所述棒磨机用钢的截面最大尺寸为50-100mm。

10.根据权利要求9所述的棒磨机用钢的热处理方法，其特征在于，棒磨机用钢为热轧态圆钢，规格为φ50~φ100mm。