CN117344101A - 一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，主要涉及热处理技术领域。包括以下步骤：S1,将待料炉内炉温控制在800℃～700℃；S2，将低碳钢锻造后的锻件入炉炉冷至其表面温度800℃～700℃进行退火，使锻件表面温度达到待料炉炉温；S3，待料时间≥3小时后，在炉内炉冷退火至其表面温度在650℃±10℃，炉温650℃±10℃；S4，在650℃±10℃炉温下保温时间≥7小时后；在炉内炉冷至锻件表面温度小≤300℃；S5，对表面温度≤300℃的低碳钢锻件空冷。本发明的有益效果在于：低碳钢锻件的晶粒粗大现象得以消除，得到的组织为完全平衡态组织，彻底消除了低碳钢锻件的魏氏组织。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体是一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法。
背景技术
钢中的魏氏组织是指钢在热塑性变形的过热区内，奥氏体晶粒在过热的条件下长得非常粗大，这种粗大的奥氏体晶粒在较快的冷却速度下形成的一种特殊的过热组织。魏氏组织的组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内形成许多平行分布的铁素体(渗碳体)针片，在铁素体(渗碳体)针片之间的残留奥氏体最后转化为珠光体，这种复相的过热组织称为铁素体(渗碳体)魏氏组织。
简而言之，魏氏组织就是在奥氏体晶粒较大，冷却速度较快时，钢中的先共析相以针片状形态与片状珠光体混合存在的复相组织。魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱区使得钢件的塑性和冲击韧性显著降低、冷弯不合、力学性能波动大等多项产品质量问题。另外，存在魏氏组织的钢件在最终热处理时会有增大变形的倾向和脆性转变温度升高。魏氏组织易出现在过热钢中，因此奥氏体晶粒越粗大，越易出现魏氏组织；同时钢件冷却速度较快时也越易出现魏氏组织。
目前消除魏氏组织的方法一般通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方法进行改善或消除；魏氏组织严重时一般采用二次正火等技术途径进行改善或消除。以上改善或消除魏氏组织的方法均是在魏氏组织产生的情况下采取的补救技术手段，通过上述技术途径，钢件中的大部分魏氏组织得以改善或消除，取得了良好的效果，使得多数存在魏氏组织的钢件得以挽救，但仍有15％～25％的钢件中仍存在魏氏组织。由于魏氏组织具有极强的顽固性和组织遗传性，因此魏氏组织一旦形成，后续的彻底消除极为困难。因此在热处理初期将魏氏组织彻底消除具有巨大的必要性。本发明提供一种在锻件在热处理初期将魏氏组织彻底消除的技术途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，采用优化后的热处理工艺后，低碳钢锻件的晶粒粗大现象得以消除，得到的组织为完全平衡态组织，彻底消除了低碳钢锻件的魏氏组织。同时经优化热处理后室温冲击功明显提高，力学性能指标分散度减少，延伸率和面缩率相应得以提高，弯曲试验断裂现象得以消除。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，包括以下步骤：
S1,将待料炉内炉温控制在800℃～700℃；优选750℃±10℃。
S2，将低碳钢锻造后的锻件入炉炉冷至其表面温度在800℃～700℃，750℃±10℃，达到炉温；进一步优化，将低碳钢锻造后的锻件入炉炉冷退火至其表面温度在800℃～700℃过程中，其降温速率k1≤40℃/h。
S3，待料时间≥3小时后，在炉内炉冷至其表面温度在650℃±10℃，炉温650℃±10℃；进一步优化，将低碳钢锻件在炉内炉冷至其表面温度在650℃±10℃过程中，其降温速率k2≤40℃/h。
S4，在650℃±10℃炉温下保温时间≥7小时后；在炉内炉冷至其表面温度小≤300℃；进一步优化，将低碳钢锻件在炉内炉冷至其表面温度小≤300℃过程中，其降温速率k3≤40℃/h。
S5，对表面温度≤300℃的低碳钢锻件空冷。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、对于低碳钢中的α铁素体而言，其析出温度区间在Ar3～Ar1之间，Ar1为冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度，Ar3为冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度。对照铁碳合金相图可知，Ar3～Ar1对应的温度区间约为800℃～700℃之间。目前生产制定的低碳钢锻件的待料温度为600℃。因此可以认为低碳钢锻件虽进入炉中待料，但低碳钢锻件表面温度与待料炉温相差较大，低碳钢锻件在待料温度区间内已脱离平衡组织转变温度范围，得到的是非平衡组织。经对在600℃温度区间待料的低碳钢锻件产品退火后的金相检验分析证实钢中确实存在魏氏组织。如说明书附图图2所示为600℃待料时退火后的魏氏组织。如说明书附图图3所示为此方法下材料力学性能指标分布图。
具体的：低碳钢锻造后锻件产品锻造后入炉待料时，其表面温度约最少在860℃～900℃之间，高着可达到1100℃，进入到待料炉温600℃的炉内时，由于待料温度与低碳钢中α铁素体析出温度区间Ar3～Ar1温度区间相差较大，二者之间的温度相差较大，从而造成低碳钢锻件冷却速度较大，所以无法得到完全的平衡态组织。根据以上理论分析，要在热处理初始阶段将魏氏组织彻底消除，必须保证低碳钢锻件在待料温度满足平衡转变的温度条件。因此将待料炉温度调整至低碳钢中α铁素体析出温度区间(Ar3～Ar1)对应的温度区间800℃～700℃的中线750℃。采用优化后的热处理工艺后，低碳钢锻件的晶粒粗大现象得以消除，得到的组织为完全平衡态组织，彻底消除了低碳钢锻件的魏氏组织。同时经优化热处理后室温冲击功明显提高，力学性能指标分散度减少，延伸率和面缩率相应得以提高，弯曲试验断裂现象得以消除。如说明书附图图4所示为750℃待料时退火后魏氏组织消失图片，即工艺优化后魏氏组织消失图片。如说明书附图图5所示为工艺优化后材料力学性能指标分布图。
附图说明
附图1是本发明热处理工艺曲线图。
附图2是600℃待料时退火后的魏氏组织图。
附图3是工艺优化前材料力学性能指标分布图。
附图4是750℃待料时退火后魏氏组织消失图片，即工艺优化后魏氏组织消失图片。
附图5是工艺优化后材料力学性能指标分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本发明所述是一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，包括以下步骤：
S1,摒弃传统热处理经验待料炉的温度600℃，将待料炉内炉温控制在800℃～700℃；优选750℃±10℃。之所以选定在800℃～700℃之间，下文有详述，参见下文。
S2，将低碳钢锻造后的锻件入炉炉冷至其表面温度在800℃～700℃，750℃±10℃，达到炉温；进一步优化，将低碳钢锻造后的锻件入炉炉冷至其表面温度在800℃～700℃过程中，其降温速率k1≤40℃/h。
S3，待料时间≥3小时后，在炉内炉冷至其表面温度在650℃±10℃，炉温650℃±10℃；进一步优化，将低碳钢锻件在炉内炉冷至其表面温度在650℃±10℃过程中，其降温速率k2≤40℃/h。
S4，在650℃±10℃炉温下保温时间≥7小时后；在炉内炉冷至其表面温度小≤300℃；进一步优化，将低碳钢锻件在炉内炉冷至其表面温度小≤300℃过程中，其降温速率k3≤40℃/h。
S5，对表面温度≤300℃的低碳钢锻件空冷。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、对于低碳钢中的α铁素体而言，其析出温度区间在Ar3～Ar1之间，Ar1为冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度，Ar3为冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度。对照铁碳合金相图可知，Ar3～Ar1对应的温度区间约为800℃～700℃之间。目前生产制定的低碳钢锻件的待料温度为600℃。因此可以认为低碳钢锻件虽进入炉中待料，但低碳钢锻件表面温度与待料炉温相差较大，低碳钢锻件在待料温度区间内已脱离平衡组织转变温度范围，得到的是非平衡组织。经对在600℃温度区间待料的低碳钢锻件产品退火后的金相检验分析证实钢中确实存在魏氏组织。如说明书附图图2所示为600℃待料时退火后的魏氏组织。如说明书附图图3所示为此方法下材料力学性能指标分布图。
具体的：低碳钢锻造后锻件产品锻造后入炉待料时，其表面温度约最少在860℃～900℃之间，高着可达到1100℃，进入到待料炉温600℃的炉内时，由于待料温度与低碳钢中α铁素体析出温度区间Ar3～Ar1温度区间相差较大，二者之间的温度相差较大，从而造成低碳钢锻件冷却速度较大，所以无法得到完全的平衡态组织。根据以上理论分析，要在热处理初始阶段将魏氏组织彻底消除，必须保证低碳钢锻件在待料温度满足平衡转变的温度条件。因此将待料炉温度调整至低碳钢中α铁素体析出温度区间(Ar3～Ar1)对应的温度区间800℃～700℃的中线750℃。采用优化后的热处理工艺后，低碳钢锻件的晶粒粗大现象得以消除，得到的组织为完全平衡态组织，彻底消除了低碳钢锻件的魏氏组织。同时经优化热处理后室温冲击功明显提高，力学性能指标分散度减少，延伸率和面缩率相应得以提高，弯曲试验断裂现象得以消除。如说明书附图图4所示为750℃待料时退火后魏氏组织消失图片，即工艺优化后魏氏组织消失图片。如说明书附图图5所示为工艺优化后材料力学性能指标分布图。
Claims (5)
1.一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1,将待料炉内炉温控制在800℃～700℃；
S2，将低碳钢锻造后的锻件入炉炉冷退火至其表面温度在800℃～700℃，达到炉温；
S3，待料时间≥3小时后，在炉内炉冷至其表面温度在650℃±10℃，炉温650℃±10℃；
S4，在650℃±10℃炉温下保温时间≥7小时后；在炉内炉冷至其表面温度小≤300℃；
S5，对表面温度≤300℃的低碳钢锻件空冷。
2.根据权利要求1所述一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，其特征在于：步骤S1和S2中待料炉内炉温控制在750℃±10℃。
3.根据权利要求2所述一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，其特征在于：步骤S2中，将低碳钢锻造后的锻件高温入炉炉冷至其表面温度在800℃～700℃过程中，其降温速率k1≤40℃/h。
4.根据权利要求3所述一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，其特征在于：步骤S3中，将低碳钢锻件在炉内炉冷至其表面温度在650℃±10℃过程中，其降温速率k2≤40℃/h。
5.根据权利要求4所述一种热处理初期消除低合金钢锻件中魏氏组织的方法，其特征在于：步骤S4中，将低碳钢锻件在炉内炉冷至其表面温度小≤300℃过程中，其降温速率k3≤40℃/h。
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