一種氮合金化耐蝕模具鋼的快速擴氫處理方法
2023-05-09 16:17:36 2
專利名稱：一種氮合金化耐蝕模具鋼的快速擴氫處理方法
技術領域：
本發明涉及冶金行業模具用鋼的熱處理，尤其是指氮合金化耐蝕模具鋼鍛造模塊的擴氫熱處理。
背景技術：
隨著工業技術的迅速發展，國內外製造業廣泛採用精密衝壓、壓力鑄造、冷擠壓、熱擠壓等無切削、少切削工藝，模具已成為其主要的成形工具，因此模具行業在世界範圍內得到了迅速發展。塑料製品種類繁多，汽車零部件如燈罩、儀錶盤，光學儀器零部件如鏡頭，家用電器外殼，PVC日用塑料製品等。其中家電外殼使用的塑料是ABS+阻燃劑。某些塑料如聚氯乙烯、氟塑料、阻燃性ABS等，會分解出氯化氫、氟化氫、二氧化硫等腐蝕性氣體，對模具有一定的腐蝕作用，因此要求此類塑料製品的模具應具有耐腐蝕性能，馬氏體不鏽鋼應用到了模具鋼領域，尤其是近年來新開發的氮合金化耐蝕塑料模具鋼在高拋光高耐蝕·模具鋼領域應用越來越多，已成為國內外競相開發的高端模具鋼產品。氮合金化耐蝕模具鋼為13%Cr馬氏體不鏽鋼，該類鋼中合金元素含量高，合金元素Cr含量達到13%，氫原子在鋼中的擴散速度慢，白點敏感性大，鍛後易產生白點缺陷。為此該鋼鍛後需進行長時間擴氫處理。厚度為450mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊擴氫處理時間長達90小時，擴氫時間較長。傳統的擴氫處理採用低溫退火工藝，圖I為氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理原工藝曲線擴氫方法為在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後圖I前段的400 500°C -升溫-870 890°C -降溫至690 710°C並保溫，保溫時間按20h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；再降低爐溫後將工件出爐。公開號為CN102181613A專利申報中所述的擴氫方法為600_650°C保溫40-100小時，再降低爐溫，待爐溫到450°C以下將工件出爐，自然冷卻至室溫，該擴氫方法為傳統的低溫擴氫方法，擴氫溫度低於相變點ACl溫度,無奧氏體相變。擴氫時間較長。
發明內容
為克服氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理時間長的缺點，本發明提供一種氮合金化耐蝕模具鋼鍛後快速擴氫處理方法。本發明提供的技術方案是一種氮合金化耐蝕模具鋼鍛後快速擴氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690 710°C並保溫，保溫時間按5 6h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；在1_2小時內升溫至奧氏體區域820 840°C並保溫，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區域發生奧氏體轉變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；在2-3小時內降溫至690 710°C，並保溫，保溫時間按3 4小時/IOOmm氮合金化耐蝕模具鋼；然後冷卻至250°C以下。本發明在1-2小時內升溫至奧氏體區域820 840°C後按lh/100mm氮合金化耐蝕模具鋼保溫。本發明基於以下原理
白點缺陷是鋼中常見的缺陷，也是一類危害性極強的缺陷，是不允許存在的缺陷。鋼中的白點缺陷呈現為邊緣清晰，具有銀白色光澤的圓形或橢圓形斑點，故稱為白點。白點缺陷主要與鋼中的氫含量有關，隨著鋼的溫度降低和
y-Fe^a-Fe轉變的進行，鋼中的氫將變為過飽和並聚集形成氫的偏析區。在氫的偏析
區中，隨著鋼中氫過飽和度的增大與氫原子偏聚程度的加大，氫原子將結合為氫分子。氫分子生成後向周圍金屬施加壓力，當氫分子生成後向周圍金屬施加壓力超過金屬的斷裂抗力時將造成原有纖維孔隙的擴張形成微小的裂紋，即白點缺陷。因此降低鋼中的氫含量或氫的偏聚是防止鋼中產生白點缺陷的有效方法。因氫在·珠光體中的溶解度小於在奧氏體中的溶解度，在珠光體組織狀態下有大量的氫從奧氏體中脫溶出來成為游離態的氫原子，為擴氫創造了有利條件。因此傳統的方法是在珠光體組織狀態下長時間保溫達到擴氫處理防止白點的目的。 本發明突破了傳統的擴氫處理的觀點，利用氫在奧氏體中的溶解度高的原理進行擴氫處理。正火處理後先加熱使組織轉變珠光體，並在此溫度下保溫擴氫，然後再升溫至奧氏體區域(820 840°C )，並短時保溫，使輥坯表層區域發生奧氏體轉變，造成輥坯表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度(約高出2倍)，在輥坯的橫截面上存在氫的溶解度的梯度，其結果是內部的氫原子隨著表層由珠光體向奧氏體的轉變重新回溶，氫由內部向表層快速遷移，因此提高了氫的擴散速度，達到了快速擴氫的目的。採用本發明，氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊的鍛後擴氫時間由原來的20h/100mm至少縮短為12h/100mm,以厚度為450mm的模塊為例至少可縮短鍛後擴氫時間36小時，既縮短了鍛後熱處理周期，提高了熱處理爐的產能，又降低了能耗。本發明通過在相變點附近上下循環加熱的方法，使氮合金化耐蝕模具鋼的組織發生從奧氏體到珠光體的多次轉變，利用氫在不同組織中的溶解度的變化加快氫在鋼中的擴散，從而縮短氮合金化耐蝕模具鋼的鍛後擴氫處理的時間。
圖I為氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理傳統工藝曲線圖。圖2為本發明的氮合金化耐蝕模具鋼快速擴氫處理工藝曲線圖。圖3為本發明實施例I厚度為300mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理工藝曲線圖。圖4本發明實施例2厚度為350mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理工藝曲線圖。圖5為本發明實施例3厚度為450mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理工藝曲線圖。
具體實施例方式參見圖2，本發明氮合金化耐蝕模具鋼鍛後快速擴氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690 710°C並保溫，保溫時間按5 6h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；在1-2小時內升溫至奧氏體區域820 840°C並按lh/100mm氮合金化耐蝕模具鋼保溫，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區域發生奧氏體轉變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；在2-3小時內降溫至690 710°C，並保溫，保溫時間按3 4小時/IOOmm氮合金化耐蝕模具鋼；然後冷卻至250°C以下。實施例I
厚度為300mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理方法(參見圖3):在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690 710°C並保溫15h ;然後經I小時升溫至奧氏體區域820 840°C並保溫3小時，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區域發生奧氏體轉變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；經2小時降溫至690 710°C，並保溫10小時；然後冷卻至250°C以下出爐。
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實施例2
厚度為350mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理方法(參見圖4):在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690 710°C並保溫21h ;然後經2小時升溫至奧氏體區域820 840°C並保溫3. 5小時，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區域發生奧氏體轉變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；經2小時降溫至690 710°C，並保溫12小時；然後冷卻至250°C以下出爐。實施例3
厚度為450mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛後擴氫處理方法(參見圖5):在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690 710°C並保溫26h ;然後經2小時升溫至奧氏體區域820 840°C並保溫4. 5小時，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區域發生奧氏體轉變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；經3小時降溫至690 710°C，並保溫18小時；然後冷卻至250°C以下出爐。本發明對氮合金化耐蝕模具鋼厚度為300 450mm的鍛制模塊採用快速擴氫處理工藝，擴氫處理時間縮短了 29 36. 5h，共處理了 106件氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊，均未產生白點缺陷。本發明打破了傳統的擴氫處理方法，實現了快速擴氫，有效縮短了熱鍛模用鋼鍛後熱處理時間，對提高氮合金化耐蝕模具鋼市場競爭力具有重要意義。
權利要求
1.ー種氮合金化耐蝕模具鋼鍛後快速擴氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690 710°C並保溫，保溫時間按5 6h/1OOmm氮合金化耐蝕模具鋼；在1_2小時內升溫至奧氏體區域820 840°C並保溫，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區域發生奧氏體轉變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高於內部區域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；在2-3小時內降溫至690 710°C，並保溫，保溫時間按3 4小時/IOOmm氮合金化耐蝕模具鋼；然後冷卻至250°C以下。
2.根據權利要求I所述的快速擴氫處理方法，其特徵在於在1-2小時內升溫至奧氏體區域820 840°C後按lh/100mm氮合金化耐蝕模具鋼保溫。
全文摘要
本發明涉及一種氮合金化耐蝕模具鋼鍛後快速擴氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛後升溫至690～710℃並保溫，保溫時間按5～6h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；在1-2小時內升溫至奧氏體區域820～840℃並保溫；在2-3小時內降溫至690～710℃，並保溫，保溫時間按3～4小時/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；然後冷卻至250℃以下。本發明通過在相變點附近上下循環加熱的方法，使氮合金化耐蝕模具鋼的組織發生從奧氏體到珠光體的多次轉變，利用氫在不同組織中的溶解度的變化加快氫在鋼中的擴散，從而縮短氮合金化耐蝕模具鋼的鍛後擴氫處理的時間。
文檔編號C21D8/00GK102787227SQ20121028143
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日
發明者李民華 申請人:湖北上大模具材料科技有限公司