一種細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法
2023-07-21 14:04:11 1
專利名稱：：一種細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法
技術領域：
：本發明是一種利用鋼在加熱和冷卻時的相變形核及長大的動力學規律而發明的可用於挽救生產中大型熱處理船用曲軸組織粗大、韌性不足等缺陷的熱處理方法。技術背景在工業生產中往往要對大型的船用曲軸鍛件進行熱處理，如果熱處理不當，例如奧氏體化溫度過高、冷卻速度偏快等，船用曲軸的力學性能就會不符合要求，從而嚴重地影響生產效率和經濟效益。這時如何對材料的力學性能進行挽救就顯得十分重要。由於大型船用曲軸熱鍛件的體積較大，往往在熱處理時需要固溶十數小時，因而鍛件內儲存了大量的熱量，所以在冷卻的過程中即使使用噴霧等強冷卻手段，鍛件的冷卻速度依然十分緩慢(<o.rc/s)，因而在熱處理後均得到珠光體鐵素體組織。另外，由於工廠的實際熱處理過程中難以嚴格地對大型熱鍛件的熱處理工藝參數進行準確的控制，所以往往會出現珠光體組織粗大、性能不合格的缺陷，廠家往往需要採取挽救的辦法。
發明內容-本發明的目的在於提供一種細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法，該方法簡單易行，既提高材料強度又提高韌性，可以用於工廠生產中挽救曲軸組織粗大的缺陷。本發明具體提供了一種細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法，其特徵在於對曲軸進行如下熱處理以較快的升溫速度(結合工廠對大型鍛件的實際熱處理條件，該速度應該為其全速升溫的能力，不能低於0.03'C/S)，讓曲軸迅速通過兩相區到略高於材料的AC3溫度103(TC的溫度奧氏體化後；溫度均勻後奧氏體化較短的時間l-2小時；然後再以0.030.07'C/S的速度進行冷卻，從而獲得極為細小均勻的珠光體鐵素體組織。本發明細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法中，具體到工業生產中的大型熱鍛件，考慮到鍛件尺寸較大，溫度均勻化困難，還應採取階段性升溫的辦法，即先行將材料加熱到AQ以下103(TC溫度保溫，溫度均勻化後再快速加熱到選的的奧氏體化溫度，這樣可以減小鍛件內外溫升的差異，如圖1中所示，使得在大型的熱鍛件的實際熱處理過程中平均升溫速度大約在0.05。C/S以上。本發明利用鋼在加熱和冷卻時的相變形核及長大的動力學規律和未溶微合金碳氮化物阻止奧氏體晶粒的長大的機理，在升溫奧氏體相變區快速加熱以增加奧氏體形核驅動力，增大奧氏體形核率，獲得儘量細小的奧氏體晶粒，並利用未溶微合金碳氮化物阻止奧氏體晶粒的長大，獲得儘可能多的奧氏體晶界以保證在冷卻階段有儘量多的形核點，從而在隨後的緩冷階段獲得晶粒更加細小的鐵素體珠光體組織。有一點要注意的是在二次奧氏體化的過程中，必須保證鋼中微合金碳氮化物不發生大量溶解。與常規固溶熱處理的不同之處在於(1)本發明中奧氏體化區升溫速度快；(2)本發明中奧氏體化溫度較低，略高於材料的AC3溫度103(TC的溫度*，(3)本發明中保溫時間短，試樣只需燒透，而不需要進行合金元素均勻化；(4)本發明中Nb、V、Al、W、Mo等阻止奧氏體晶粒的長大的合金元素不進行充分溶解，而保持未溶狀態。本發明方法使原本粗大的珠光體團和網狀分布的鐵素體的混合組織在二次低溫奧氏體化正火後轉變為晶粒尺寸細小、均勻的珠光體鐵素體組織，因此，可以用在許多工廠生產中挽救因熱處理不當致使組織粗大而導致力學性能，尤其是衝擊韌性不合的缺陷。本發明方法也給其它合金鋼通過二次低溫正火來細化組織改善性能提供了參考和借鑑。圖1為大型熱鍛件的二次正火工藝示意圖；圖2為實施例2熱處理前材料的組織照片；圖3為實施例2熱處理後材料的組織照片；圖4為實施例2高倍數下熱處理後材料的組織照片。圖5為實施例3熱處理前材料的組織照片；圖6為實施例3熱處理後材料的組織照片；具體實施例方式目前，S34MnV鋼是國際上常用的船用曲軸鋼，該鋼種中主要的化學成分如表l，熱處理後的力學性能要求如表2所示。表lMAN腿W專利公司的S34MnV成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage5表2S34MnV鋼經890士l(TC正火60(TC回火處理後的力學性能tableseeoriginaldocumentpage5YieldStressN/mmMin.350Elongation(L。=5.65(S。)"2A%Min.18ReductionofAreaZ%Min.40U-nothImpactStrength(IS083-1976)KUMin.20BrinellHardness(ISO6506-1卯1)HBS10/3000180-220實施例l第一個大型曲軸熱鍛件的化學成分及由Formastor-F相變儀測定材料的Ad和AC3相變溫度見表3所示。表3實驗材料的化學成分(wt%,°C)元素cMnSiSPVAC1AC3含量0.351.200.24O.005<0細0.12735825大型曲軸熱鍛件經900'C固溶+60(TC回火熱處理後，具有粗大的珠光體團和網狀分布的鐵素體的混合組織，如圖2所示。該組織中由於珠光體所佔比例較大，鐵素體量較小且呈網狀分布於珠光體邊界，所以材料強度很高，但韌性不足，其力學性能見表4，其強度高出要求很多，但延伸率和韌性則明顯不合要求。分析其原因可能是熱處理奧氏體化溫度控制不準確，致使奧氏體晶粒粗大，在冷卻時冷速偏快產生了偽共析而形成粗大的珠光體團及沿其邊界分布網狀鐵素體的混合組織。為了挽救其性能，對曲軸進行了85(rC二次正火併60(TC回火熱處理後，材料的組織及晶粒度如圖3、4所示，熱處理後的力學性能見表4。二次模擬正火後，材料的晶粒度強烈細化，粗大的珠光體團和網狀分布的鐵素體的混合組織消失，轉變為晶粒尺寸細小的珠光體鐵素體組織，其中珠光體鐵素體組織均勻分布，因此其力學性能得到了明顯的改善，衝擊韌性得到大幅度的提高，而強度雖然因珠光體比例的減小而有所下降，但可以得到細晶強化的彌補，所以強度仍滿足要求。表4一號曲軸熱處理前的力學性能tableseeoriginaldocumentpage7實施例2第二個大型曲軸熱鍛件的化學成分及由Formastor-F相變儀測定材料的AC,和AC3相變溫度見表5所示。表5實驗材料的化學成分(wt%，°C)tableseeoriginaldocumentpage7基於同樣的熱處理原因，曲軸的組織為粗大的珠光體團和網狀分布的鐵素體的混合組織，如圖5所示。其強度高，但韌性不足，其力學性能見表6，其強度高出要求很多，但延伸率和韌性則明顯不合要求。曲軸在熱處理爐中經85(TC二次正火併600'C回火後，材料的組織及晶粒度如圖6所示，熱處理後的力學性能見表6。表6二號曲軸熱處理前後的力學性能tableseeoriginaldocumentpage7以上應用實驗結果說明本發明可以很好地用於工廠生產船用曲軸中挽救因熱處理不當而導致組織晶粒粗大性能不合的問題，具有較大的經濟價值，同時也給其它鋼中解決類似問題提供了參考和借鑑。權利要求1、一種細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法，其特徵在於對曲軸進行如下熱處理以較快的升溫速度(≥0.03℃/s)，加熱到略高於材料的AC3溫度10～30℃的溫度；溫度均勻後奧氏體化較短的時間1-2小時；然後再以0.03～0.07℃/S的速度進行冷卻，從而獲得極為細小均勻的珠光體鐵素體組織。2、按照權利要求1所述細化船用曲軸用鋼顯微組織的方法，其特徵在於先行將材料加熱到AC,以下10~30",保溫，溫度均勻化後再快速加熱到自的奧氏體化溫度。全文摘要本發明提出了一種細化船用曲軸用S34MnV鋼顯微組織的方法，其特徵在於對曲軸進行如下熱處理以0.03℃/s以上升溫速度使曲軸通過兩相區，加熱到略高於材料的AC3溫度10～30℃的溫度；溫度均勻後奧氏體化較短的時間1-2小時；然後再以0.03～0.07℃/S的速度進行冷卻，從而獲得極為細小均勻的珠光體鐵素體組織。該方法可以用在許多工廠生產中挽救大型熱處理件因熱處理不當致使組織粗大而導致力學性能，尤其是衝擊韌性不合的缺陷。文檔編號C21D9/30GK101165195SQ200610048049公開日2008年4月23日申請日期2006年10月19日優先權日2006年10月19日發明者偉嚴,單以銀,孫明月,柯楊申請人:中國科學院金屬研究所