[发明专利]一种针对具有片状微观组织的Cr、Mo钢的球化退火方法

说明书

技术领域

    本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种针对具有片状微观组织的Cr、Mo钢的球化退火方法。

背景技术

Cr、Mo钢是一种典型的中碳合金结构钢。汽车用12.9级高强、超高强级别的螺栓基本上以Cr、Mo冷镦钢钢种系列为主，国内轿车发动机用钢一直依赖日本进口，属于有特殊要求的高级冷镦钢。冷镦钢制造高强度螺栓的生产工艺过程主要为线材、球化退火、酸洗、磷化、皂化、拉拔、冷镦等几个环节。由于冷镦成形具有钢材利用率高、机械性能好、适宜自动化生产等优点，目前高强度螺栓成形技术大都采用冷墩成形，由于冷墩成形的效果与质量对成品螺栓的使用寿命有着重大的影响，因此需要一种优良的球化退火工艺，以便得到易于进行塑性加工的球化组织，其要求为球化碳化物均匀弥散的分布在铁素体基体上，后续在进行冷成形加工时，变形量达到60%以上，要求球化组织评级为4~6级；与此同时，球化碳化物的形状和分布对于断裂韧性也有很重要的影响，在相同的应力强度条件下，球状珠光体的裂纹扩展速率远低于片状珠光体组织。因此，球化退火工艺是获得球化组织的必要流程，也是高强度螺栓生产过程中的关键环节。

常用的球化退火方法主要有：（1）双相区等温球化退火工艺，其特点是将钢材加热到Ac₁温度以上Ac₃温度以下保温一段时间，然后随炉冷却至Ac₁温度以下保温一段时间，最后炉冷至室温；（2）双相区缓冷球化退火工艺，其特点是将钢材加热到Ac₁温度以上Ac₃温度以下保温一段时间，然后随炉冷却至室温；（3）亚温球化退火工艺，其特点是将钢材加热到Ac₁温度以下保温一段时间，然后随炉冷却至室温。多数冶金和紧固件生产企业多采用如图1所示球化退火方法，即在双相区Ac₁以上温度进行保温，对于难于球化退火的钢种，还须在高温阶段对其进行拉拔处理，以加快碳化物球化过程。一般情况下，由于在Ac₁以下等温使得碳化物完全球化周期较长，因而很少采用亚温球化退火工艺。但是，随着Cr、Mo钢线材生产过程的优化，控制轧后组织，使得亚温球化退火工艺的应用得以实现。

目前已有学者研究对比了亚温球化退火和双相区等温球化退火在中碳钢软化上的应用，研究得出亚温球化退火较双相区等温球化退火能够更快的加速碳化物球化过程。但由于Cr、Mo钢轧制条件不易控制，容易出现奥氏体晶粒长大、异常晶粒生成、碳化物在基体上分布不均匀等现象，因此，生产厂商往往采用双相区球化退火对其进行软化，以使得大块铁素体及碳化物溶解。例如40Cr钢室温组织如图3(a)所示，其室温组织较粗大，采用的球化退火工艺为将钢材加热到高于Ac₁以上20~30度保温4.5小时后炉冷至略低于Ar₁等温4小时，然后炉冷至室温。所以，亚温球化退火在业内还未见应用。

目前对于中碳合金钢球化退火领域，常见的还是双相区等温球化退火工艺，这种工艺完全是移植于过共析钢的球化退火工艺，其特点是在高温阶段对先共析渗碳体进行破碎，使未溶的碳化物作为形核中心进行球化。随着现代Cr、Mo钢轧制工艺日趋成熟，可控制大块铁素体和珠光体的生成，这为采用压温球化退火工艺提供了可能，从而显著降低生产成本和能耗，并提高生产效率。

对于目前的公知技术，研究较多的还是针对轧后双相区球化退火的控制技术。例如CN00102387.X号专利，公开了一种亚共析合金钢的球化退火方法，即通过两次双相区等温球化退火工艺才使得碳化物完全球化；另外，涉及实施球化退火工艺前期的轧制技术，如CN201310131180.2公开了一种有利于Cr、Mo钢球化退火的轧制工艺，其中提出的球化退火方法为保温温度Ac₁以上的双相区缓冷球化退火工艺。

综上所述，对于Cr、Mo钢产品，一种针对片状组织特征的Cr、Mo钢球化退火方法的控制技术方面未见公开的研究报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种针对具有片状微观组织的Cr、Mo钢的球化退火方法，即针对以贝氏体和片层珠光体组织为主，奥氏体晶粒度大于等于7级的Cr、Mo钢，其金相组织如图3(b)所示。通过对其球化退火工艺进行优化，与现有通用的退火工艺条件相比，可以极大缩短球化退火时间，显著节约能源消耗，提高球化质量。

本发明的一种针对片状组织特征的Cr、Mo钢球化退火方法，按照以下步骤进行：