20Cr13～40Cr13馬氏體不鏽鋼的淬火方法

2023-05-13 17:27:21

專利名稱：20Cr13～40Cr13馬氏體不鏽鋼的淬火方法
技術領域：
本發明屬於金屬熱處理技術領域，具體公開一種20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法。
背景技術：
預硬化型20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼是近10年內發展起來的高合金鋼產品， 主要牌號包括20Crl3、30Crl3、Y30Crl3和40Crl3。預硬化型20Crl3 40Crl3鉻不鏽鋼可以根據使用要求控制硬度在30 40HRC範圍內。目前主要採取的工藝方法是鋼材經奧氏體化加熱後油淬獲得馬氏體組織，並經較高溫度的回火，使其硬度保持在30 40HRC範圍，然後進行機械加工，加工後直接使用。預硬化處理可以避免工件機加工後淬火產生變形，提高工件表面質量。採用《中高淬透性鋼末端淬火裝置及淬透性測定方法》(專利號 CN02136430. 3)對4Crl3鋼進行端淬測試，如圖1所示，距端部150mm處的硬度(HRC)由52 下降到沈，測試結果表明對於淬透性不高的Crl3型馬氏體不鏽鋼，獲得較高的硬度均勻性時需要提高淬火冷卻速度，。在相同攪拌速度下(5. 67m · s—1)，目前使用最多的水和油兩種淬火介質平均換熱係數的最高值分別是12000Wm_2 -Γ1和6500Wm_2 -Γ1 (康大韜，葉國斌.《大型鍛件材料及熱處理》[M].北京龍門書局，1998 397.)，但是水淬在低溫階段存在因冷速過快導致工件炸裂的風險，而油淬則存在高溫階段冷速不足以及較大的火災風險和油煙造成環境汙染等問題，因此對於淬透性和淬硬性較高的20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼而言， 目前缺少滿足淬火速度的適當方法。

發明內容
本發明針對現有淬火技術的不足和缺陷，公開一種20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法，利用水和空氣進行不連續淬火併實現工業化生產。本發明是通過以下技術方案實現的。對20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼5. Om 8. Om超長鋼材，按鋼材有效厚度計算加熱均勻化時間，進行奧氏體均勻化加熱；在連續式輥底爐內奧氏體化後，快速進入輥底式淬火槽，根據產品化學成分和規格，進行不連續水淬和空氣冷卻；鋼材完成馬氏體轉變後，進入電加熱連續式輥底爐進行回火處理。具體工藝步驟如下(1)鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度彡200°C，升溫速度彡IOO0C / h，加熱至970°C進行奧氏體化保溫Ih 3h ；(2)保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火處理，表面溫度穩定在200°C 250°C ；(3)由(2)利用空氣冷卻至室溫，空淬；(4)由⑵鋼材冷卻到預訂溫度後，從淬火槽內的輥道平穩運行到回火爐前進行空冷至200°C以下，工件終冷溫度穩定在120°C 180°C的範圍內；(5)採用輥底式連續爐和輥底式淬火槽進行淬回火處理，淬火處理後的工件採用500°C 550°C、8h回火處理。淬回火處理後鋼材理化性能及外形偏差空淬鋼材實現工件心部馬氏體轉變，獲得50 士 2HRC硬度；回火鋼材硬度達到(33 34) 士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。本發明，在保證水溫不高於40°C的條件下，水淬能夠保證材料的冷卻速度滿足淬火工藝的要求。但隨著工件實際溫度的下降，由水淬急冷引起的熱應力和相變產生的應力綜合作用會導致工件開裂。因此本發明通過對不同工件(化學成分、加熱溫度和規格)水淬過程溫度場的數值模擬，確定了水冷次數、時間和空冷自回火時間。利用空冷自回火降低水淬強度，減輕熱應力和相變應力的影響。淬火冷卻過程可以分解為第一次水淬後，工件表層快速冷卻到Ms以下並保持一定時間，工件表層完成馬氏體轉變，獲得馬氏體組織。隨後在工件第一次空冷過程中，次表層的熱量傳向表層，使表層的溫度升高，結果是表層剛剛轉變的馬氏體發生自回火使表層的韌性和應力狀態得到調整，避免了表層馬氏體組織產生開裂； 然後再重複水與空氣的交替淬火冷卻，直到工件表面溫度冷卻到Ms以上60°C 120°C (陳乃錄，左訓偉，徐駿，張偉民.《數位化控時淬火冷卻工藝及設備的研究與應用》.HEAT TREATMENT OF METALS. 34(3) :37-41.)。本發明具有下列優點①採用不連續水淬提高和有效控制工件冷卻速度，保證淬火組織均勻、淬火硬度均勻、淬火態硬度偏差控制在士2HRC ；回火態硬度偏差控制在士 1HRC，具有優良的使用性能。②採用水作為淬火介質，消除了油淬火過程中發生火災和油煙汙染隱患，有利環保。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。圖1是4Crl3鋼端淬硬度曲線；圖2是規格為40_X40_X8. Om的20Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖3是規格為90mmX305mmX5. Om的20Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖4是規格為40mmX305mmX6. Om的TO0Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖5是規格為90mmX305mmX5. 5m的TO0Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖6是規格為90mmX305mmX5. Om的40Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖7是規格為20mmX 150mmX6m的40Crl3扁鋼熱處理工藝曲線。
具體實施例方式按照上述技術方案實施，提供以下六項優選實施例。實施例120Cr 13扁鋼，尺寸為厚度40mm、寬度40mm、長度8.0m。如圖2所示，鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度彡200°C，升溫速度彡100°C /h，加熱至970°C進行奧氏體化保溫1. 5小時；保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火(浸液 38S —空冷73S —浸液31S)處理後，鋼材空冷至155°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度501°C，時間8小時；回火鋼材硬度達到33士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。 預硬型20Crl3扁鋼應用於動葉片。實施例220Crl3扁鋼，尺寸為厚度90mm、寬度305mm、長度5.0m。如圖3所示，鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度< 20(TC，升溫速度< 10(TC /h，加熱至970°C進行奧氏體化保溫3小時；保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火(風冷 48S —浸液38S —空冷88S —浸液53S —空冷92S —浸液34S —空冷72S —浸液36S —空冷60S—浸液20 處理後，鋼材空冷至174°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度504°C，時間8小時；回火鋼材硬度達到33士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。預硬型 20Crl3扁鋼應用於動葉片。實施例3Y30Cr 13扁鋼，尺寸為厚度40mm、寬度305mm、長度6.0m。如圖4所示，鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度< 200°C，升溫速度< 100°C /h,加熱至970°C進行奧氏體化保溫1. 5小時；保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火(浸液 38S —空冷73S —浸液^S)處理後，鋼材空冷至168°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度5M°C，時間8小時；回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。 預硬型Y30Crl3扁鋼應用於液壓閥塊。實施例4Y30Crl3扁鋼，尺寸為厚度90mm、寬度305mm、長度5. 5m。如圖5所示，鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度< 20(TC，升溫速度< 10(TC /h，加熱至970°C進行奧氏體化保溫3小時；保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火(風冷 48S —浸液38S —空冷88S —浸液53S —空冷92S —浸液34S —空冷72S —浸液27S)處理後，鋼材空冷至178°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度522°C，時間8小時；回火鋼材硬度達到；34 士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。預硬型TOOCr 13扁鋼應用於液壓閥塊。實施例540Crl3塑料模具扁鋼，尺寸為厚度90mm、寬度305mm、長度5.0m。如圖6所示，鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度< 20(TC，升溫速度< 100°C /h，加熱至970°C 進行奧氏體化保溫3小時；保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火 (風冷48S —浸液33S —空冷88S —浸液53S —空冷92S —浸液34S —空冷72S —浸液27S) 處理後，鋼材空冷至177°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度548°C，時間8 小時；回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。預硬型40Crl3扁鋼應用於塑料模具。實施例640Crl3塑料模具扁鋼，尺寸為厚度20mm、寬度150mm、長度6.0m。如圖7所示，鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度< 20(TC，升溫速度< 100°C /h，加熱至970°C 進行奧氏體化保溫1小時；保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火 (浸液觀幻處理後，鋼材空冷至148°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度 547°C，時間8小時；回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。預硬型40Crl3
6扁鋼應用於塑料模具。附表表1淬火、回火參數及回火硬度表 1
實牌號尺寸奧氏體化淬火工藝回火回火施/mm加熱/°C/"Crc硬度，例/HRC120Crl340 χ 40650升至浸液38S—空冷73S —浸液31Ssore,33 ±χ 8000970,保溫 1. 5h—空冷至155°C回火時間8hIHRC220Crl390 χ650升至風冷48S —浸液38S—空冷88S504°C,33 ±305 χ970,保溫—浸液53S—空冷92S —浸液回火時IHRC50003h34S —空冷72S —浸液36S—空冷60S —浸液20S —空冷至174 "C間8h續表權利要求
1.一種20Cr 13 40Cr 13馬氏體不鏽鋼的淬火方法，其特徵在於對20Crl3 40Crl3 馬氏體不鏽鋼5. Om 8. Om超長鋼材，按鋼材有效厚度計算加熱均勻化時間，進行奧氏體均勻化加熱；在連續式輥底爐內奧氏體化後，快速進入輥底式淬火槽，根據產品化學成分和規格，進行不連續水淬和空氣冷卻；鋼材完成馬氏體轉變後，進入電加熱連續式輥底爐進行回火處理；具體工藝步驟如下(1)鋼材在連續式輥底加熱爐內煤氣加熱，入爐溫度<20(TC，升溫速度< 10(TC /h，加熱至970°C進行奧氏體化保溫Ih 3h ；(2)保溫結束後，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火處理，表面溫度穩定在 200°C 250°C ；(3)由(2)利用空氣冷卻至室溫，空淬；(4)由(2)鋼材冷卻到預訂溫度後，從淬火槽內的輥道平穩運行到回火爐前進行空冷至200°C以下，工件終冷溫度穩定在120°C 180°C的範圍內；(5)採用輥底式連續爐和輥底式淬火槽進行淬回火處理，淬火處理後的工件採用 500°C 550°C、時間8h回火處理。
2.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法處理的鋼材，其特徵在於淬回火處理後鋼材理化性能及外形偏差空淬鋼材實現工件心部馬氏體轉變，獲得50 士 2HRC硬度； 回火鋼材硬度達到(33 34) 士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。
3.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法，其特徵在於 20Crl3扁鋼長度6m、厚度40mm、寬度40mm ；具體工藝步驟如下(1)奧氏體化保溫1.5h ；保溫結束後，快速出料；(2)進入輥底式淬火槽進行浸液38S—空冷73S —浸液31S的水-空控時淬火處理；(3)鋼材空冷至155°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度501°C，時間8h。
4.根據權利要求3所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法處理的鋼材，其特徵在於回火鋼材硬度達到33 士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。
5.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法，其特徵在於 Y30Crl3扁鋼長度6m、厚度90mm、寬度305mm ；具體工藝步驟如下(1)奧氏體化保溫池；保溫結束後，快速出料；(2)進入輥底式淬火槽進行風冷48S—浸液38S —空冷88S —浸液53S —空冷92S — 浸液34S —空冷72S —浸液27S的水-空控時淬火處理；(3)鋼材空冷至178°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度522°C，時間8h。
6.根據權利要求5所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法處理的鋼材，其特徵在於回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。
7.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法，其特徵在於40Crl3扁鋼長度6m、厚度20mm、寬度150mm ；具體工藝步驟如下(1)奧氏體化保溫Ih；保溫結束後，快速出料；(2)進入輥底式淬火槽進行浸液^S的水-空控時淬火處理；(3)鋼材空冷至148°C以下進入電加熱連續式輥底爐進行回火，回火溫度547°C，時間8h。
8.根據權利要求7所述20Crl3 40Crl3馬氏體不鏽鋼的淬火方法處理的鋼材，其特徵在於回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大於2. 5mm/m。
全文摘要
本發明公開一種20Cr13～40Cr13馬氏體不鏽鋼淬火方法，利用水和空氣進行不連續淬火併實現工業化生產。本發明是通過以下技術方案實現的20Cr13～40Cr13馬氏體不鏽鋼5.0m～8.0m超長工件，在連續式輥底爐內奧氏體化後，快速進入輥底式淬火槽，根據產品化學成分和規格，進行不連續水淬和空氣冷卻，工件完成馬氏體轉變後，進入電加熱連續式輥底爐進行回火處理。本發明具有下列優點①採用不連續水淬提高和有效控制工件冷卻速度，保證淬火組織均勻、淬火硬度均勻，淬火態硬度偏差控制在±2HRC，回火態硬度偏差控制在±1.5HRC，具有優良的使用性能。②採用水作為淬火介質，消除了油淬火過程中發生火災和油煙汙染隱患，有利環保。
文檔編號C21D1/22GK102392107SQ201110364228
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者馮淑玲, 劉寶石, 劉振天, 巴俊波, 康愛軍, 張麗娜, 曹麗紅, 楊天亮, 楊洪文, 王繼紅, 耿振偉, 趙連澤 申請人:東北特殊鋼集團有限責任公司