專利名稱：20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼的淬火方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

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

　　背景技術(shù)：

　　預(yù)硬化型20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼是近10年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的高合金鋼產(chǎn)品， 主要牌號(hào)包括20Crl3、30Crl3、Y30Crl3和40Crl3。預(yù)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(jìn)行機(jī)械加工，加工后直接使用。預(yù)硬化處理可以避免工件機(jī)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(cè)定方法》(專利號(hào) CN02136430. 3)對(duì)4Crl3鋼進(jìn)行端淬測(cè)試，如圖1所示，距端部150mm處的硬度(HRC)由52 下降到沈，測(cè)試結(jié)果表明對(duì)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(shí)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(guó)斌.《大型鍛件材料及熱處理》[M].北京龍門書(shū)局，1998 397.)，但是水淬在低溫階段存在因冷速過(guò)快導(dǎo)致工件炸裂的風(fēng)險(xiǎn)，而油淬則存在高溫階段冷速不足以及較大的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和油煙造成環(huán)境污染等問(wèn)題，因此對(duì)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(dāng)方法。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有淬火技術(shù)的不足和缺陷，公開(kāi)一種20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，利用水和空氣進(jìn)行不連續(xù)淬火并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。對(duì)20Crl3 40Crl3馬氏體不銹鋼5. Om 8. Om超長(zhǎng)鋼材，按鋼材有效厚度計(jì)算加熱均勻化時(shí)間，進(jìn)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(jìn)入輥底式淬火槽，根據(jù)產(chǎn)品化學(xué)成分和規(guī)格，進(jìn)行不連續(xù)水淬和空氣冷卻；鋼材完成馬氏體轉(zhuǎn)變后，進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)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(jìn)行奧氏體化保溫Ih 3h ；(2)保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)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(yù)訂溫度后，從淬火槽內(nèi)的輥道平穩(wěn)運(yùn)行到回火爐前進(jìn)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(jìn)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(shí)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(dá)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(shí)際溫度的下降，由水淬急冷引起的熱應(yīng)力和相變產(chǎn)生的應(yīng)力綜合作用會(huì)導(dǎo)致工件開(kāi)裂。因此本發(fā)明通過(guò)對(duì)不同工件(化學(xué)成分、加熱溫度和規(guī)格)水淬過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬，確定了水冷次數(shù)、時(shí)間和空冷自回火時(shí)間。利用空冷自回火降低水淬強(qiáng)度，減輕熱應(yīng)力和相變應(yīng)力的影響。淬火冷卻過(guò)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(shí)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(guò)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(yīng)力狀態(tài)得到調(diào)整，避免了表層馬氏體組織產(chǎn)生開(kāi)裂； 然后再重復(fù)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(xùn)偉，徐駿，張偉民.《數(shù)字化控時(shí)淬火冷卻工藝及設(shè)備的研究與應(yīng)用》.HEAT TREATMENT OF METALS. 34(3) :37-41.)。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)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(guò)程中發(fā)生火災(zāi)和油煙污染隱患，有利環(huán)保。

　　下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式

　　對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)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(shí)施例方式按照上述技術(shù)方案實(shí)施，提供以下六項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例120Cr 13扁鋼，尺寸為厚度40mm、寬度40mm、長(zhǎng)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(jìn)行奧氏體化保溫1. 5小時(shí)；保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)淬火(浸液 38S —空冷73S —浸液31S)處理后，鋼材空冷至155°C以下進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度501°C，時(shí)間8小時(shí)；回火鋼材硬度達(dá)到33士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。 預(yù)硬型20Crl3扁鋼應(yīng)用于動(dòng)葉片。實(shí)施例220Crl3扁鋼，尺寸為厚度90mm、寬度305mm、長(zhǎng)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(jìn)行奧氏體化保溫3小時(shí)；保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)淬火(風(fēng)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(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度504°C，時(shí)間8小時(shí)；回火鋼材硬度達(dá)到33士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。預(yù)硬型 20Crl3扁鋼應(yīng)用于動(dòng)葉片。實(shí)施例3Y30Cr 13扁鋼，尺寸為厚度40mm、寬度305mm、長(zhǎng)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(jìn)行奧氏體化保溫1. 5小時(shí)；保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)淬火(浸液 38S —空冷73S —浸液^S)處理后，鋼材空冷至168°C以下進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度5M°C，時(shí)間8小時(shí)；回火鋼材硬度達(dá)到34士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。 預(yù)硬型Y30Crl3扁鋼應(yīng)用于液壓閥塊。實(shí)施例4Y30Crl3扁鋼，尺寸為厚度90mm、寬度305mm、長(zhǎng)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(jìn)行奧氏體化保溫3小時(shí)；保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)淬火(風(fēng)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(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度522°C，時(shí)間8小時(shí)；回火鋼材硬度達(dá)到；34 士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。預(yù)硬型TOOCr 13扁鋼應(yīng)用于液壓閥塊。實(shí)施例540Crl3塑料模具扁鋼，尺寸為厚度90mm、寬度305mm、長(zhǎng)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(jìn)行奧氏體化保溫3小時(shí)；保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)淬火 (風(fēng)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(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度548°C，時(shí)間8 小時(shí)；回火鋼材硬度達(dá)到34士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。預(yù)硬型40Crl3扁鋼應(yīng)用于塑料模具。實(shí)施例640Crl3塑料模具扁鋼，尺寸為厚度20mm、寬度150mm、長(zhǎng)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(jìn)行奧氏體化保溫1小時(shí)；保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)淬火 (浸液觀幻處理后，鋼材空冷至148°C以下進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度 547°C，時(shí)間8小時(shí)；回火鋼材硬度達(dá)到34士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。預(yù)硬型40Crl3

　　6扁鋼應(yīng)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(shí)牌號(hào)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(shí)間8hIHRC220Crl390 χ650升至風(fēng)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(shí)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(duì)20Crl3 40Crl3 馬氏體不銹鋼5. Om 8. Om超長(zhǎng)鋼材，按鋼材有效厚度計(jì)算加熱均勻化時(shí)間，進(jìn)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(jìn)入輥底式淬火槽，根據(jù)產(chǎn)品化學(xué)成分和規(guī)格，進(jìn)行不連續(xù)水淬和空氣冷卻；鋼材完成馬氏體轉(zhuǎn)變后，進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)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(jìn)行奧氏體化保溫Ih 3h ；(2)保溫結(jié)束后，快速出料，進(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行水-空控時(shí)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(yù)訂溫度后，從淬火槽內(nèi)的輥道平穩(wěn)運(yùn)行到回火爐前進(jìn)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(jìn)行淬回火處理，淬火處理后的工件采用 500°C 550°C、時(shí)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(shí)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(dá)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(zhǎng)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(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行浸液38S—空冷73S —浸液31S的水-空控時(shí)淬火處理；(3)鋼材空冷至155°C以下進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度501°C，時(shí)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(dá)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(zhǎng)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(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行風(fēng)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(shí)淬火處理；(3)鋼材空冷至178°C以下進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度522°C，時(shí)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(dá)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(zhǎng)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(jìn)入輥底式淬火槽進(jìn)行浸液^S的水-空控時(shí)淬火處理；(3)鋼材空冷至148°C以下進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火，回火溫度547°C，時(shí)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(dá)到34士 1HRC，彎曲度不大于2. 5mm/m。

　　全文摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)一種20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼淬火方法，利用水和空氣進(jìn)行不連續(xù)淬火并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的20Cr13～40Cr13馬氏體不銹鋼5.0m～8.0m超長(zhǎng)工件，在連續(xù)式輥底爐內(nèi)奧氏體化后，快速進(jìn)入輥底式淬火槽，根據(jù)產(chǎn)品化學(xué)成分和規(guī)格，進(jìn)行不連續(xù)水淬和空氣冷卻，工件完成馬氏體轉(zhuǎn)變后，進(jìn)入電加熱連續(xù)式輥底爐進(jìn)行回火處理。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)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(guò)程中發(fā)生火災(zāi)和油煙污染隱患，有利環(huán)保。

　　文檔編號(hào)C21D1/22GK102392107SQ201110364228

　　公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)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(ài)軍, 張麗娜, 曹麗紅, 楊天亮, 楊洪文, 王繼紅, 耿振偉, 趙連澤 申請(qǐng)人:東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司