一種42CrMo鋼快速球化退火的方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發(fā)明屬于冶金技術領域，特別涉及一種42CrMo鋼快速球化退火的方法。

　　【背景技術】

　　[0002]我國鋼鐵行業(yè)目前產能嚴重過剩，同時我國大量進口 12.9級高端螺栓用鋼，如發(fā)動機缸蓋螺栓、連桿螺栓、主軸承蓋螺栓、飛輪螺栓等安全等級較高的螺栓鋼，這種部件受到高頻交變載荷的影響，工作環(huán)境惡劣，因此對疲勞壽命指標要求十分苛刻，是一種應用廣泛的高端冷鐓產品。42CrMo是一種典型的中碳合金鋼，其淬透性較高，調質后具有較強的疲勞強度和抗沖擊能力，低溫沖擊韌性良好，且無明顯的回火脆性。因此，國內外這種關鍵部位的高級別螺栓鋼主要以42CrMo等冷鐓鋼為主。這種鋼含有一定的金屬元素Cr、Mo，能顯著提高鋼的強度、硬度、耐磨性、淬透性和熱強性能，在螺栓成型之前需要球化退火降低硬度、強度，提高塑性及變形能力。球化組織的彌散、細小質量直接影響球化效果，而工業(yè)生產中還需要能夠快速、有效、簡潔的工藝設計流程。

　　[0003]對于42CrMo鋼的退火工藝，目前已公開的專利如下:如CN102329943B號專利，公開了一種大型電渣熔鑄42CrMo鋼曲軸的熱處理方法，其對象為電渣熔鑄的曲軸，目的改善坯料原始組織狀態(tài)及力學性能，達到降低原材料的毛坯重量、縮短生產加工周期；CN101705342B號專利，公開了一種提高42CrMo軸承低溫沖擊功的熱處理工藝，目的能夠大幅度地提高風電軸承的低溫沖擊功及其力學性能，等。

　　[0004]目前對于鋼鐵領域的球化退火技術，研究較多的為GCrl5鋼、H13鋼、齒輪鋼、刀具鋼等鋼種的球化退火技術，如CN102382962B號專利，公開了一種GCr 15軸承鋼管快速球化退火工藝；ZL200310110486.6號專利，公開了一種H13鋼等溫球化退火工藝；CN101363077號專利，公開了一種冷精鍛齒輪毛坯等溫球化退火工藝；CN102382949A號專利，公開了一種盾構刀具用鋼5Cr5MoSiVl的等溫球化退火方法；ZL200610057536.2號專利，公開了一種防彈頭盔用深沖鋼板的球化退火處理工藝，等。

　　[0005]與本文發(fā)明的控制工藝相比，研究對象、目的不一樣，具體的控制過程也不一樣。由此可見，目前沒人研究過42CrMo鋼的簡單、快速、有效球化退火的方法。

　　【發(fā)明內容】

　　[0006]針對現(xiàn)有42CrMo鋼在球化退火技術上存在的上述問題，本發(fā)明提供一種42CrMo鋼快速球化退火的方法，通過調整球化退火的保溫溫度、保溫時間和降溫速率，提高42CrMo鋼的球化退火效率，改善球化退火效果。

　　[0007]本發(fā)明一種42CrMo鋼快速球化退火的方法按以下步驟進行:

　　[0008](I)選用的42CrMo鋼為熱軋線材，其成分按重量百分比含C:0.38?0.45%，S1:0.17 ?0.37%, Mn:0.50 ?0.80%, S..( 0.030%, P ( 0.030%, Cr:0.90 ?1.20%, Ni:(0.25%, Cu..( 0.030，Mo:0.15 ?0.25%，余量為 Fe ；

　　[0009](2)將42CrMo鋼升溫至Ac3以上20?40°C，S卩816?836°C，控制升溫時間在10?20min，然后保溫20?30min ；

　　[0010](3)將保溫后的42CrMo鋼以0.8?4°C /s的速度降溫至Ar1以下10°C，即601°C，保溫1min ；

　　[0011](4)再將42CrMo鋼升溫至Ac3以下15?30°C，即781?766°C，控制升溫時間在10?20min，然后再次保溫5?7h ;

　　[0012](5)將再次保溫后的42CrMo鋼隨爐冷卻至室溫，完成球化退火。

　　[0013]所選用的熱軋線材的直徑在5.5?15mm。

　　[0014]所獲得的球化退火后的42CrMo鋼的微觀組織為鐵素體上彌散分布著粒狀碳化物，所述的粒狀碳化物為球化組織，評級為5?6級。

　　[0015]所述球化退火后的42CrMo鋼，在室溫25 °C時，294.2N壓力下下保持13s時的宏觀維氏硬度在163?171HV之間，拉伸試驗時的抗拉強度522?546Mpa，屈服強度481?511Mpa，彈性模量209?225Gpa，斷面收縮率為75?82%，斷后伸長率20?24%。

　　[0016]具體工藝過程如圖1所示。

　　[0017]對于步驟2中的第一次保溫過程，其原理是通過Ac3以上控制保溫溫度及保溫時間，使42CrMo鋼快速奧氏體化，因為實際生產中搭接及非搭接處組織差異很大，現(xiàn)場其它因素也導致組織的復雜化，奧氏體化是為了將原來復雜的組織結構在奧氏體冷卻過程中統(tǒng)一轉變?yōu)楹唵位⒕鶆蚧慕M織。控制升溫時間、保溫溫度及保溫時間是為了避免奧氏體晶粒的長大或產生異常晶粒。圖2、圖3為實際生產中復雜且不一致的熱軋盤條組織，圖2主要為鐵素體及珠光體組織，圖3主要為貝氏體、馬氏體組織，少量鐵素體及珠光體組織。

　　[0018]對于步驟3中的第一次保溫后的降溫過程，其原理是通過控制奧氏體冷卻過程中的冷速，將奧氏體轉變成下貝氏體組織及部分馬氏體組織。因為馬氏體在高溫回火時易使碳化物析出長大而形成球化碳化物，這種狀態(tài)下，球化組織均勻，且球化速率較快，但是過高的馬氏體導致硬度較高，導致降低了裂紋萌生的臨界值，易于開裂，所以要控制馬氏體的生成，由于該鋼種對冷速極為敏感，冷卻中馬氏體組織控制< 40% ;下貝氏體也容易獲得均勻細小的球狀碳化物；由于珠光體在球化退火中需要長時間保溫，冷速的控制應避免珠光體，尤其粗片狀珠光體的產生，長時間的保溫也很難完全球化，且珠光體球化易使碳化物成片、成堆聚集；冷速的控制還需避免大塊狀鐵素體的生成，大塊狀鐵素體在球化退火的過程中，碳化物很難長距離的擴散到鐵素體內部，導致球化退火后，仍存在無滲碳體或少滲碳體區(qū)域。

　　[0019]對于步驟4中的第二次保溫過程，其原理是通過在Ac3以下保溫一段時間，使?jié)B碳體逐漸球化，通過保溫溫度、保溫時間控制球化率及球化滲碳體的大小。

　　[0020]技術實施前42CrMo鋼的球化組織金相照片如圖2所示，可以看出顯微組織為鐵素體與球化滲碳體，球化級別在4-5級，存在無滲碳體區(qū)域及滲碳體聚集區(qū)域；技術實施后42CrMo鋼的球化組織金相照片如圖3所示。

　　[0021]本發(fā)明的方法通過在高溫階段(816?836°C )短時間奧氏體化，然后嚴格控制降溫速度，獲得下貝氏體組織及部分馬氏體組織，馬氏體組織控制< 40%，避免大塊狀鐵素體及粗片狀珠光體的生成。再通過一定的溫度控制第二次進行球化退火，本發(fā)明球化退火時間短，易于控制，球化后42CrMo鋼的粒狀碳化物細小均勻，硬度明顯減小，組織及力學性能均能滿足后續(xù)的塑性加工成形要求，能夠為最終的淬火和回火做好組織準備；本發(fā)明的方法具有良好的應用前景。

　　[0022]本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比，具有以下特點:1、第一等溫平臺在Ac3以上20?40°C，完全奧氏體化；2、第一等溫平臺保溫時間短，避免奧氏體晶粒的長大；3、第一等溫平臺保溫后快速冷卻，形成下貝氏體組織及部分馬氏體組織，馬氏體組織控制< 40%，避免大塊狀鐵素體及粗片狀珠光體的生成；4、本發(fā)明全流程一共需要6?8h左右；5、本發(fā)明只存在兩個等溫平臺，保溫時間短，流程簡單、操作方便、原理清晰。

　　[0023]本發(fā)明具有下列優(yōu)點和效果:(I)碳化物分布均勻，避免了碳化物的聚集出現(xiàn)。

　　(2)碳化物顆粒細小，基本消除了短棒狀、短片狀碳化物。(3)避免了大塊鐵素體組織的出現(xiàn)；(4)全程時間較短，節(jié)約能源；(5)工藝簡單、原理清楚，便于工業(yè)化生產。

　　【附圖說明】

　　[0024]圖1為具體工藝過程示意圖；

　　[0025]圖2為技術實施前42CrMo鋼的球化組織金相圖；

　　[0026]圖3為技術實施后42CrMo鋼的球化組織金相圖；

　　[0027]圖4為熱軋盤條的常見組織金相圖；

　　[0028]圖5為熱軋盤條中的硬相組織金相圖；

　　[0029]圖6為本發(fā)明實施例1中控制冷速得到的金相組織；

　　[0030]圖7為本發(fā)明實施例1中球化退火后的42CrMo鋼的球化組織金相圖；

　　[0031 ]圖8為本發(fā)明實施例2中球化退火后的42CrMo鋼的球化組織金相圖；

　　[0032]圖9為本發(fā)明實施例3中球化退火后的42CrMo鋼的球化組織金相圖。

　　【具體實施方式】

　　[0033]本發(fā)明實施例中球化退火采用的設備為SX2-6-13D-箱式電阻加熱爐。

　　[0034]本發(fā)明實施例中觀測球化組織金相圖采用的設備為德國蔡司公司的Ax1Imager.M2m正置全自動材料顯微鏡(北京普瑞賽司儀器有限公司代理)。

　　[0035]本發(fā)明實施例中測量硬度采用430/450SVDTM宏觀維氏硬度計。

　　[0036]本發(fā)明實施例中測量力學拉伸采用SANSCMT5000電子機械實驗機。

　　[0037]本發(fā)明實施例中測量硬度采用的國家標準為GB/T4340.1_2009。