CN117025920A - 一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料热处理技术领域，公开了一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，包括S1，将热处理炉预热至一定温度后，将工件装炉并分段对工件按照不同的升温速度进行升温，并分别保温不同时间；S2，将工件强制风冷至550±50℃后，再空冷至300±50℃；S3，再次分段对工件按照不同的升温速度进行升温，并分别保温不同时间；S4，以50～90℃/h冷却速度将工件控温冷至400±50℃后，取出工件冷却至室温。本申请使得热处理后的34CrNi2Mo钢材料晶粒细小且均匀(5～8级)，无混晶，同时产品超声波探伤质量得到保证；另外产品加工时间大幅度缩短，相比传统的工艺提高了生产效率，节约了能源。
Description
技术领域
本发明涉及大型锻钢件热处理技术领域，具体涉及一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法。
背景技术
34CrNi2Mo钢因镍和钼含量较高，故淬透性优越，常用于发动机凸轮轴及连杆，及大型锻件如转子，鳍轴等零件中。而对于大型锻件的制造，其必须由大型铸锭锻造而成，在制造过程中就必然会存在枝晶组织等组织、成分的不均匀性。
产生这种现象的原因在于，由于该钢种高温奥氏体化相当稳定，在空冷时不发生珠光体相变，正火后易出现粗大的奥氏体晶粒并有组织遗传性倾向(即马氏体、贝氏体等非平衡原始组织在重新奥氏体时，继承和恢复了原始粗大晶粒的现象)，从而造成34CrNi2Mo大型锻件锻后热处理后出现晶粒粗大、混晶等异常、非平衡组织。而由于锻件组织为粗晶的非平衡组织，使大型锻件超声波探伤时的波形出现草状波，干扰缺陷信号，导致锻件内部质量的判断出现困难，甚至无法判断的现象。
而为了解决大型锻件组织遗传带来的晶粒粗大和不均匀的问题，现有技术中通常采用多次锻后热处理工序来加以改善。但这种热处理工序操作复杂且工序周期长，加上大型锻件本身加热缓慢，各部分温差悬殊，在实际生产中各部位的保温时间难以兼顾，导致细化效果不佳，通过常规正火细化晶粒的条件难以满足，对于枝晶严重区域，仍然会出现较严重的粗晶和混晶现象，从而进一步增加正火/退火次数，时间和能源消耗也进一步加剧。
因此，为了解决现有技术中34CrNi2Mo大型锻件组织遗传带来的晶粒粗大和不均匀的问题，同时缩短加工周期，降低能源消耗，现在需要提供一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法。
发明内容
本发明意在提供一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，解决现有技术中34CrNi2Mo大型锻件组织遗传带来的晶粒粗大和不均匀的问题，同时缩短加工周期，提高生产效率的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明用于提供一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，使得热处理后满足34CrNi2Mo大型锻钢件晶粒度细小均匀，晶粒度满足技术要求5～8级，使得超声波探伤质量得到保证，其次，产品加工时间大幅度缩短，相比传统的工艺提高生产效率，降低能源消耗；具体为一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，包括以下步骤：
S1，将热处理炉预热至一定温度后，将工件装炉并分段对工件按照不同的升温速度进行升温，并分别保温不同时间；
S2，将工件强制风冷至550±50℃后，再空冷至300±50℃；
S3，再次分段对工件按照不同的升温速度进行升温，并分别保温不同时间；
S4，以50～90℃/h冷却速度将工件控温冷至400±50℃后，取出工件冷却至室温。
本方案的原理及优点是：
本方案的原理在于，一般认为，在加热奥氏体化过程中形成的针状奥氏体越多，由于这些针状奥氏体的空间取向一致，就越容易恢复原始粗大的奥氏体晶粒，而如果形成较多球状奥氏体，则可打乱原来有序的空间取向，阻止粗大奥氏体晶粒的恢复。
而经过研究表明，34CrNi2Mo钢的非平衡组织以很慢的速度(≤2～3℃/min)加热时，易于生成针形奥氏体并造成组织遗传；当以中等速度(100～300℃/min)加热时，易于生成球状奥氏体，无组织遗传发生；如果加热速度极快(＞100～500℃/s)，则钢的非平衡组织将以马氏体逆转变的方式直接复原至原奥氏体晶粒的形态与取向。
因此，本方案优点在于，采用先预热的方式，首先减少针形奥氏体的生成，然后以分段加热的方式利于球状奥氏体的生成，从而防止后续出现组织遗传现象，同时通过分段控制温度和保温时间，使锻后不均匀的晶粒组织可重新排序，细化晶粒。然后以强制风冷的方式使正火产生的残余奥氏体能够充分分解，阻断遗传倾向。再进行分段升温保温处理，以防止奥氏体晶粒异常长大，从而使组织遗传完全阻断，达到消除混晶，细化晶粒的效果。
优选的，作为一种改进，在S1中，将热处理炉预热至500±50℃。先将热处理炉进行预热，从而加快对大型锻件的加热速度，细化晶粒。
优选的，作为一种改进，在S1中，以小于热处理炉额定装载量将工件装在台车炉上；同时台车面使用垫铁将工件进行隔离，使工件间距离≥300mm，较大的间隔距离，能让工件加热冷却循环更充分，组织更加均匀。
优选的，作为一种改进，在S1中，先将工件按照第一升温速度升温至第一温度并保温m分钟，再以第二升温速度升温至第二温度并保温n分钟。工件在第一温度以上，处于冷硬状态，为了减少工件中的内外温差和内应力，故需在第一温度保温一段时间。再将工件以第二升温速度升温至第二温度并保温，使工件充分奥氏体化，更利于生成球状奥氏体。
优选的，作为一种改进，在S4中，将工件按照第一升温速度升温至第三温度并保温m分钟，再以第二升温速度升温至第四温度并保温n分钟。再次将工件进行两次奥氏体化，第一次升温至第三温度并保温，以消除工件应力，再次升温至第四温度进行奥氏体化，以确保工件充分奥氏体化，更利于生成球状奥氏体。
优选的，作为一种改进，第一升温速度为80～120℃/h；第二升温速度为300～500℃/h。两相区(奥氏体与铁素体共存)快速加热时，易于生成球状奥氏体，防止后续出现组织遗传现象。
优选的，作为一种改进，第一温度和第三温度相同，均为600～650℃；所述第二温度为880～920℃；第四温度为840～880℃。再次保温至稍低温度，使晶粒进一步细化。
优选的，作为一种改进，保温时间与工件厚度有关，设工件厚度为δmm，则保温时间m＝(0.5～0.8)×δmin；保温时间n＝(1～1.5)×δmin。严格控制温度及保温时间，避免时间太长，温度过高，以防止奥氏体晶粒的异常长大。
优选的，作为一种改进，在S2中，采用轴对流风机对工件进行强制风冷。通过较大的过冷度使正火产生的残余奥氏体能够充分分解，有效阻断遗传倾向。
优选的，作为一种改进，在S4中，取出工件时，将工件随同台车从炉中完全开出，使工件完全暴露在空气中冷却至室温。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的工序温度曲线示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
基本如附图1所示：一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，对于34CrNi2Mo大型锻件(≥φ400mm)工件，通过先预热，奥氏体化，快速冷却后，再次预热，降低温度再次奥氏体化后控温冷却，使得热处理后的34CrNi2Mo大型锻钢件晶粒度细小均匀，晶粒度满足技术要求5～8级，使得超声波探伤质量得到保证，并不再需要额外重复热处理，减少热处理生产周期和生产成本，提高生产效率。具体如附图2所示，包括以下步骤：
步骤1，将热处理炉预热升温至500±50℃待料，以小于热处理炉额定装载量将工件装在台车炉上；同时台车面使用垫铁将工件进行隔离，使工件间距离≥300mm，确保工件加热冷却循环更充分，组织更加均匀，将工件连同台车一并送入热处理炉中。
步骤2，开启热处理炉加热系统，并同步打开炉内风扇，使工件以80℃/h的升温速度升温至600℃，并保温m分钟。控制工件升温速度，使其生成球状奥氏体，减少针状奥氏体含量。同时，本实施例中，保温时间与工件的厚度相关，对于34CrNi2Mo大型锻钢件工件，设工件的有效厚度为500mm，则保温时间m为250分钟，以减少工件中内外温差和内应力，确保工件充分奥氏体化。
步骤3，保温结束后，使工件以300℃/h的升温速度升温至880℃，并保温n分钟，其中，保温时间n根据工件的有效厚度取值为500分钟。两相区(即奥氏体与铁素体共存的区域)快速加热时，易于生成球状奥氏体，防止后续出现组织遗传现象。同时严格控制温度及保温时间，较高的温度使锻后不均匀的晶粒组织重新排序，达到细化晶粒的效果。
步骤4，到达工艺保温时间后停止加热，完全打开炉门，将工件随同台车从炉内完全开出来，暴露在空气中，使用轴对流风机强制风冷至工件温度为550±50℃后，关闭轴对流风机，使工件空冷至300±50℃。通过较大的过冷度使晶粒细化，阻断遗传倾向。
步骤5，再次将工件推至热处理炉中，开启热处理炉加热系统，并同步打开炉内风扇，使工件以80℃/h的升温速度升温至600℃，并保温250分钟。
步骤6，保温结束后，开启热处理炉加热系统，并同步打开炉内风扇，使工件以300℃/h的升温速度升温至840℃，并保温500分钟。保温至稍低温度，使晶粒进一步细化，同时严格控制温度及保温时间，以防止奥氏体晶粒的异常长大。
步骤7，到达工艺保温时间后停止加热，以50℃/h冷却速度将工件控温冷至400±50℃。通过缓慢冷却将组织遗传完全阻断，从而达到了消除混晶，细化晶粒的目的。在达到温度后完全打开炉门，将工件随同台车从炉内完全开出来，暴露在空气中冷却至室温，经热处理后其检测结果详见表1。
在现有的热处理工艺中，为保证工件热处理后的性能，会将重点放在升温过程和淬火过程中，并着重于一次性加工处理，以确保工件充分反应，同时也认为工件在反应过程中具有不可逆现象，所以都认为只能一次性完成热处理反应，而尽可能的保证反应效果达到性能要求。而若热处理后工件性能未达到要求，就只能再次进行热处理工艺进行改善或提升，再次重复热处理。
而本实施例中，打破了惯有的认为热处理中奥氏体化和淬火只能一次性进行的固有思维，而是将热处理中对工件的奥氏体化分成了四段进行，并在降温后再次进行奥氏体化，且对每段奥氏体化的升温速度、温度和保温时间进行了严格的控制，从而从根本上控制球状奥氏体的生成和转变条件，以减少针状奥氏体，从而使晶粒度细小均匀，达到技术要求，避免反复热处理，极大降低生产周期，提高生产效率。
实施例二
本实施例中，与实施例一不同的是，
步骤2中，采用120℃/h升温至650℃，保温时间为400分钟。
步骤3中，采用500℃/h升温至920℃，保温时间为750分钟。
步骤5中，采用120℃/h升温至650℃，保温时间为400分钟。
步骤6中，采用500℃/h升温至880℃，保温时间为750分钟。
步骤7中，采用90℃/h冷却速度控温。
经热处理后其检测结果详见表1。
实施例三
本实施例中，与实施例一不同的是，
步骤2中，采用100℃/h升温至620℃，保温时间为325分钟。
步骤3中，采用450℃/h升温至900℃，保温时间为625分钟。
步骤5中，采用100℃/h升温至620℃，保温时间为325分钟。
步骤6中，采用450℃/h升温至860℃，保温时间为625分钟。
步骤7中，采用75℃/h冷却速度控温。
经热处理后其检测结果详见表1。
对比例一
本对比例与本方案的区别在于，采用现有技术中多次正火(3次以上)的锻后热处理工艺，对34CrNi2Mo大型锻件进行热处理，以改善34CrNi2Mo大型锻件晶粒粗大和不均匀的问题。经热处理后其检测结果详见表1。
表1
| 指标 | 晶粒度 | 超声波探伤 | 总加工时长 | 能耗成本 |
| 要求指标 | ≥5级 | 合格 | / | / |
| 实施例一 | 5级 | 合格 | 约52小时 | 约8000元 |
| 实施例二 | 6级 | 合格 | 约72小时 | 约12000元 |
| 实施例三 | 5级 | 合格 | 约61小时 | 约10000元 |
| 对比例一 | 5级 | 合格 | 约87小时 | 约17000元 |
通过上述实施例和对比例的结果可知，通过依次对34CrNi2Mo大型锻件进行本方案中步骤一至步骤七的锻后热处理，使得热处理后的34CrNi2Mo大型锻钢件晶粒度细小均匀，晶粒度满足技术要求5～8级，使得超声波探伤质量得到保证。同时也不需要额外重复热处理，生产周期至少减少15h以上，大幅度减少了热处理生产时间，同时也节约了生产能源，降低生产成本30％以上，提高生产效率。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将热处理炉预热至一定温度后，将工件装炉并分段对工件按照不同的升温速度进行升温，并分别保温不同时间；
S2，将工件强制风冷至550±50℃后，再空冷至300±50℃；
S3，再次分段对工件按照不同的升温速度进行升温，并分别保温不同时间；
S4，以50～90℃/h冷却速度将工件控温冷至400±50℃后，取出工件冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：在S1中，将热处理炉预热至500±50℃。
3.根据权利要求1所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：在S1中，以小于热处理炉额定装载量将工件装在台车炉上；同时台车面使用垫铁将工件进行隔离，使工件间距离≥300mm。
4.根据权利要求1所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：在S1中，先将工件按照第一升温速度升温至第一温度并保温m分钟，再以第二升温速度升温至第二温度并保温n分钟。
5.根据权利要求4所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：在S4中，将工件按照第一升温速度升温至第三温度并保温m分钟，再以第二升温速度升温至第四温度并保温n分钟。
6.根据权利要求5所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：所述第一升温速度为80～120℃/h；第二升温速度为300～500℃/h。
7.根据权利要求5所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：所述第一温度和第三温度相同，均为600～650℃；所述第二温度为880～920℃；第四温度为840～880℃。
8.根据权利要求4所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：所述保温时间与工件厚度有关，设工件厚度为δmm，则保温时间m＝(0.5～0.8)×δmin；保温时间n＝(1～1.5)×δmin。
9.根据权利要求1所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：在S2中，采用轴对流风机对工件进行强制风冷。
10.根据权利要求1所述的一种34CrNi2Mo大型锻钢件锻后热处理方法，其特征在于：在S4中，取出工件时，将工件随同台车从炉中完全开出，使工件完全暴露在空气中冷却至室温。
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