專利名稱：20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼的淬火方法

　　技術領域：

　　本發(fā)明屬于金屬熱處理技術領域，具體公開一種20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法。

　　背景技術：

　　預硬化型20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼是近10年內發(fā)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鉻不銹鋼可以根據使用要求控制硬度在30 40HRC范圍內。目前主要采取的工藝方法是鋼材經奧氏體化加熱后油淬獲得馬氏體組織，并經較高溫度的回火，使其硬度保持在30 40HRC范圍，然后進行機械加工，加工后直接使用。預硬化處理可以避免工件機加工后淬火產生變形，提高工件表面質量。采用《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，測試結果表明對于淬透性不高的Crl3型馬氏體不銹鋼，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系數(shù)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(huán)境污染等問題，因此對于淬透性和淬硬性較高的20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼而言， 目前缺少滿足淬火速度的適當方法。

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明針對現(xiàn)有淬火技術的不足和缺陷，公開一種20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，利用水和空氣進行不連續(xù)淬火并實現(xiàn)工業(yè)化生產。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。對20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼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(xù)式輥底爐內奧氏體化后，快速進入輥底式淬火槽，根據產品化學成分和規(guī)格，進行不連續(xù)水淬和空氣冷卻；鋼材完成馬氏體轉變后，進入電加熱連續(xù)式輥底爐進行回火處理。具體工藝步驟如下(1)鋼材在連續(xù)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)保溫結束后，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(wěn)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后，從淬火槽內的輥道平穩(wěn)運行到回火爐前進行空冷至200°C以下，工件終冷溫度穩(wěn)定在120°C 180°C的范圍內；(5)采用輥底式連續(xù)爐和輥底式淬火槽進行淬回火處理，淬火處理后的工件采用500°C 550°C、8h回火處理。淬回火處理后鋼材理化性能及外形偏差空淬鋼材實現(xiàn)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。本發(fā)明，在保證水溫不高于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(fā)明通過對不同工件(化學成分、加熱溫度和規(guī)格)水淬過程溫度場的數(shù)值模擬，確定了水冷次數(shù)、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后，工件表層快速冷卻到Ms以下并保持一定時間，工件表層完成馬氏體轉變，獲得馬氏體組織。隨后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(fā)生自回火使表層的韌性和應力狀態(tài)得到調整，避免了表層馬氏體組織產生開裂； 然后再重復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(shù)字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(fā)明具有下列優(yōu)點①采用不連續(xù)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(tài)硬度偏差控制在士2HRC ；回火態(tài)硬度偏差控制在士 1HRC，具有優(yōu)良的使用性能。②采用水作為淬火介質，消除了油淬火過程中發(fā)生火災和油煙污染隱患，有利環(huán)保。

　　下面結合附圖和具體實施方式

　　對本發(fā)明進一步說明。圖1是4Crl3鋼端淬硬度曲線；圖2是規(guī)格為40_X40_X8. Om的20Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖3是規(guī)格為90mmX305mmX5. Om的20Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖4是規(guī)格為40mmX305mmX6. Om的TO0Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖5是規(guī)格為90mmX305mmX5. 5m的TO0Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖6是規(guī)格為90mmX305mmX5. Om的40Crl3扁鋼熱處理工藝曲線；圖7是規(guī)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(yōu)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(xù)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；保溫結束后，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)處理后，鋼材空冷至155°C以下進入電加熱連續(xù)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。 預硬型20Crl3扁鋼應用于動葉片。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(xù)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；保溫結束后，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 處理后，鋼材空冷至174°C以下進入電加熱連續(xù)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。預硬型 20Crl3扁鋼應用于動葉片。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(xù)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；保溫結束后，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)處理后，鋼材空冷至168°C以下進入電加熱連續(xù)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。 預硬型Y30Crl3扁鋼應用于液壓閥塊。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(xù)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；保溫結束后，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)處理后，鋼材空冷至178°C以下進入電加熱連續(xù)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。預硬型TOOCr 13扁鋼應用于液壓閥塊。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(xù)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；保溫結束后，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) 處理后，鋼材空冷至177°C以下進入電加熱連續(xù)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。預硬型40Crl3扁鋼應用于塑料模具。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(xù)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；保溫結束后，快速出料，進入輥底式淬火槽進行水-空控時淬火 (浸液觀幻處理后，鋼材空冷至148°C以下進入電加熱連續(xù)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。預硬型40Crl3

　　6扁鋼應用于塑料模具。附表表1淬火、回火參數(shù)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(xù)表權利要求

　　1.一種20Cr 13 40Cr 13馬氏體不銹鋼的淬火方法，其特征在于對20Crl3 40Crl3 馬氏體不銹鋼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(xù)式輥底爐內奧氏體化后，快速進入輥底式淬火槽，根據產品化學成分和規(guī)格，進行不連續(xù)水淬和空氣冷卻；鋼材完成馬氏體轉變后，進入電加熱連續(xù)式輥底爐進行回火處理；具體工藝步驟如下(1)鋼材在連續(xù)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)保溫結束后，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(wěn)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后，從淬火槽內的輥道平穩(wěn)運行到回火爐前進行空冷至200°C以下，工件終冷溫度穩(wěn)定在120°C 180°C的范圍內；(5)采用輥底式連續(xù)爐和輥底式淬火槽進行淬回火處理，淬火處理后的工件采用 500°C 550°C、時間8h回火處理。

　　2.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法處理的鋼材，其特征在于淬回火處理后鋼材理化性能及外形偏差空淬鋼材實現(xiàn)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，彎曲度不大于2. 5mm/m。

　　3.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，其特征在于 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 ；保溫結束后，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(xù)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馬氏體不銹鋼的淬火方法處理的鋼材，其特征在于回火鋼材硬度達到33 士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。

　　5.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，其特征在于 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；保溫結束后，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(xù)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馬氏體不銹鋼的淬火方法處理的鋼材，其特征在于回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。

　　7.根據權利要求1所述20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，其特征在于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；保溫結束后，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(xù)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馬氏體不銹鋼的淬火方法處理的鋼材，其特征在于回火鋼材硬度達到34士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。

　　全文摘要

　　本發(fā)明公開一種20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼淬火方法，利用水和空氣進行不連續(xù)淬火并實現(xiàn)工業(yè)化生產。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼5.0m～8.0m超長工件，在連續(xù)式輥底爐內奧氏體化后，快速進入輥底式淬火槽，根據產品化學成分和規(guī)格，進行不連續(xù)水淬和空氣冷卻，工件完成馬氏體轉變后，進入電加熱連續(xù)式輥底爐進行回火處理。本發(fā)明具有下列優(yōu)點①采用不連續(xù)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(tài)硬度偏差控制在±2HRC，回火態(tài)硬度偏差控制在±1.5HRC，具有優(yōu)良的使用性能。②采用水作為淬火介質，消除了油淬火過程中發(fā)生火災和油煙污染隱患，有利環(huán)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(yōu)先權日2011年11月16日

　　發(fā)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