[发明专利]一种钢的锻造余热正火方法

摘要

一种钢的锻造余热正火方法，是实施在线锻造余热控锻控冷等温正火处理。包括：钢的控锻，即控制钢的锻造温度和锻造变形度，通过奥氏体变形与再结晶导致细化晶粒；钢的控冷，根据金属学和热处理原理；控制钢的各临界温度的冷却速率、冷却均匀性和冷却效率，钢冷却至临界温度等温保持，过冷奥氏体在此温度范围转变完毕，得到细的晶粒组织，等温保持后控冷，即等温保持后控制冷却速率、冷却均匀性和冷却效率及冷却终止温度，获得组织和力学性能达标的正火方法。本发明能节约能源和资源，提高正火处理质量，降低正火处理成本，减轻工人劳动强度，提高劳动生产率，提前工期。

主权项

1.一种钢的锻造余热正火方法，其特征是：所述方法是利用钢的锻造余热，热量不需要重新加热获得，进行正火处理；(一)锻压机后接余热钢的正火处理生产线，实施在线锻造余热控锻控冷等温正火处理；(二)钢的控锻，即控制钢的锻造温度和锻造变形度；锻造温度和锻造变形度按减缓奥氏体因动态和静态再结晶晶粒长大的过程，以减小加热时奥氏体晶粒粗化，通过奥氏体变形与再结晶获得均匀、细化、等轴的奥氏体晶粒，避免临界变形度和大的变形度，防止晶粒粗化确定；其特征是：(1)钢的锻造加热温度按钢的通常锻造加热温度确定；(2)钢的始锻温度按钢的通常始锻温度确定；(3)钢的终锻温度B点温度为比该钢奥氏体化温度高，大于变形奥氏体最低再结晶温度T95确定；在此温度至少发生95％的再结晶，使奥氏体充分再结晶，有利于得到细化、均匀、等轴的奥氏体晶粒；(4)钢的锻造变形度每道次为25～40％，避免临界变形度和大于70％大的变形度确定；1)变形度小于20％，存在微小回复和再结晶阶段，快速进入晶粒长大阶段；2)变形度小，锻造加热时奥氏体晶粒已粗化，小于20％的变形度造成局部变形，再结晶晶粒粗细不均；3)在大于70％变形度的过程中，内摩擦使锻件温度增高，促使再结晶晶粒长大；4)在大于90％变形度的过程中，内摩擦使锻件温度增加过高，引起二次再结晶，导致晶粒异常粗大；(三)钢的控冷，即控制钢的锻造余热正火方法各临界温度的冷却速率、冷却均匀性和冷却效率；(1)从终锻温度冷却至正火温度的冷却速率、冷却均匀性和冷却效率；其特征是：1)终锻的锻件从终锻温度B点至正火温度C点的冷却段，冷却段BC分两段冷却，接合点Y点为移动的，前段BY为空冷，后段YC为风冷，经过BC的冷却，至C点温度为钢的正火温度；使钢的变形奥氏体充分再结晶，得到细化、均匀、等轴的奥氏体晶粒，以免出现混晶；2)锻件从终锻温度B点至正火温度C点的冷却时间B1C1为不大于60秒，即Y1点随Y点移动而移动，BY空冷时间B1Y1与YC风冷时间Y1C1的和不大于60秒；防止钢锻造后停留时间长引起奥氏体晶粒的长大；3)正火温度C点温度为钢的AC3+(50～100)℃；将消除锻件魏氏组织，减小带状组织造成的压延纵向与横向力学性能差别的高温正火温度AC3+(100～150)℃与钢的通常正火温度AC3+(30～50)℃合并在一起，获得适宜的切削加工性能，同时消除锻件魏氏组织；(2)从正火温度快速冷却，加速通过钢的Ar1温度，进入无能量补充等温保持；其特征是：1)从C点钢的正火温度AC3+(50～100)℃风冷至D点钢的Ar1+(30～40)℃温度；防止锻后在正火温度冷却速度慢，造成晶粒粗化；2)从D点钢的Ar1+(30～40)℃温度空冷至E点钢的Ar1+(20～30)℃温度；空冷起均匀温度作用，使锻件温度场处于亚平衡状态，提高下一步EF雾冷的均匀性、冷却速率和冷却效率，阻止下一步EF雾冷造成锻件表面发生贝氏体转变；3)从E点钢的Ar1+(20～30)℃温度雾冷至F点钢的Ar1－(0～10)℃温度；风冷速度小于雾冷速度，风冷不及雾冷快速通过钢的Ar1温度，雾冷加速通过钢的Ar1温度，钢的Ar1温度采用雾冷：①冷却速度对钢正火后组织影响的一般规律是：冷却速度大，奥氏体分解温度低，珠光体转变产物细小，为使钢的锻造余热控冷正火金相组织达到GB/T13320‑2007第一组评级图1～4级合格的要求；②为快速通过钢的Ar1温度，防止在先共析铁素体晶界上出现粗大组织；4)从F点钢的Ar1－(0～10)℃温度空冷至G点钢的Ar1－(10～20)℃温度；空冷起均匀温度的作用，使锻件温度场处于亚平衡状态，提高下一步GH风冷的均匀性、冷却速率和冷却效率，阻止下一步GH风冷造成锻件表面发生贝氏体转变；5)从G点钢的Ar1－(10～20)℃温度风冷至H点钢的Ar1－(20～30)℃温度；此点为快速通过钢的Ar1温度结束；6)从H点钢的Ar1－(20～30)℃温度空冷至J点钢的等温温度；空冷起均匀温度和降温的作用，以准确的等温温度进入无能量补充的等温保持；(四)锻件进行等温正火处理；其特征是：(1)锻件以准确的等温温度送入缓冷箱，进行无能量补充的等温保持JK，进行等温正火处理；1)钢的过冷奥氏体在此温度范围转变完毕，获得细的珠光体组织；2)冷却速度对钢正火后性能影响的一般规律是：冷却速度大，应力大，硬度高，钢的锻造余热控锻控冷等温正火后，金相组织达到GB/T13320‑2007第一组评级图1～4级合格的要求，为消除在钢的Ar1温度雾冷造成的应力大、硬度高，从而获得适宜的切削加工性能；3)得到平衡组织，经钢的锻造余热控锻控冷等温正火处理得到的平衡组织，消除钢的粗大晶粒非平衡组织在通常淬火温度加热时，重新获得粗大晶粒的组织遗传性；4)锻件控锻、控冷后冷却至氢溶解度小而扩散系数大的钢的C‑曲线鼻部温度等温保持，进行脱氢处理；5)增加余热利用次数，提高钢的锻造余热正火处理余热利用率；(2)确定钢的等温温度J点为钢的C‑曲线鼻尖部温度TP+(40～90)℃，并且满足钢的Ar1－(30～80)℃温度；(3)锻件在缓冷箱中有少量热量散失的降温和在缓冷箱中等温保持的温度缓慢递减，冷却速度缓慢，并未终止过冷奥氏体连续冷却，将连续冷却合并在等温保持中，等温保持JK既包括等温转变，又包括连续冷却转变；(4)确定等温保持时间J1K1；1)确定从第一件锻件至最后一件锻件进入缓冷箱，间隔时间为90～100分钟；防止锻件在钢的Ar1以下温度长期保温，在先共析铁素体晶界上出现粗大组织；2)确定等温保持时间以最后一件锻件进入缓冷箱时开始计算等温保持时间，等温保持时间J1K1为60分钟,且在鼻尖“上C‑曲线”温度等温保持至少20分钟；(5)确定缓冷箱保温性能好；(6)确定锻件进入缓冷箱后立即自动关闭缓冷箱入口，以减少热量从入口处散失，保存余热进行等温保持；(五)进行无能量补充等温保持后，出缓冷箱冷却至终止温度；根据不同的钢种采用不同的出缓冷箱冷却方式：(1)对于中碳结构钢，包括中碳低合金非调质钢，出缓冷箱空冷至室温；(2)对于低碳钢，包括低碳低合金钢，1)改善切削性能，出缓冷箱风冷至室温；2)大型锻件避免第二类回火脆性，出缓冷箱采用质量分数为(5～10)％NaCI水溶液冷却至180～240℃，然后在静止的空气中冷却至室温；(3)对于过共析钢，出缓冷箱空冷至室温；(4)结构钢用正火预备热处理代替昂贵、高能耗的调质预备热处理,出缓冷箱风冷至室温；其中，各临界温度为锻件表面温度。