專利名稱：20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼的淬火方法

　　技術(shù)領域：

　　本發(fā)明屬于金屬熱處理技術(shù)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(shù)：

　　預硬化型20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼是近10年內(nèi)發(fā)展起來的高合金鋼產(chǎn)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(jù)使用要求控制硬度在30 40HRC范圍內(nèi)。目前主要采取的工藝方法是鋼材經(jīng)奧氏體化加熱后油淬獲得馬氏體組織，并經(jīng)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(chǎn)生變形，提高工件表面質(zhì)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(jié)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(zhì)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(nèi)容

　　本發(fā)明針對現(xiàn)有淬火技術(shù)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(chǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)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(nèi)奧氏體化后，快速進入輥底式淬火槽，根據(jù)產(chǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(nèi)；(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(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)果是表層剛剛轉(zhuǎn)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(diào)整，避免了表層馬氏體組織產(chǎn)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(zhì)，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(jié)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(shù)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)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(quán)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(nèi)奧氏體化后，快速進入輥底式淬火槽，根據(jù)產(chǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(jié)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(nèi)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(nèi)；(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(jù)權(quán)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(zhuǎn)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(jù)權(quán)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(jié)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jié)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jié)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(jù)權(quán)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(chǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)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(nèi)奧氏體化后，快速進入輥底式淬火槽，根據(jù)產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhì)，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(quán)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