專利名稱：馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵基合金鋼產(chǎn)品的制造領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及一種適于生產(chǎn)用作預(yù)硬化的塑料模具鋼鋼材的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法，尤其是涉及一種20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火調(diào)質(zhì)熱處理方法。
背景技術(shù)：
·20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼的淬透性較好，一般尺寸的工件加熱到1000°C左右并采用油冷淬火，可以淬透成馬氏體或者馬氏體+貝氏體混合組織。然而，有效尺寸超過150mm的鍛造模塊采用油冷不能保證淬透。如果采用水冷，則可以滿足鍛造模塊的淬透性要求，但是過于激烈的冷卻易于導(dǎo)致鍛造模塊的淬火開裂。在相同的攪拌速度下(5. 67m · s—1),目前使用最多的水和油兩種淬火介質(zhì)的平均換熱系數(shù)的最高值分別是12000Wm_2 -Γ1和6500Wm_2 -Γ1 (參見康大韜、葉國斌發(fā)表的《大型鍛件材料及熱處理》[M].，北京龍門書局，1998 397.)。然而，水淬在低溫階段存在因冷速過快導(dǎo)致工件炸裂的風(fēng)險，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(dāng)方法。公開號為CN102392107A的中國專利申請公開了一種20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，其采用了水和空氣進(jìn)行不連續(xù)淬火，具體是采用輥底式淬火槽先后多次進(jìn)行空冷+水冷的水-空控時淬火處理。但是該專利申請的適用范圍僅包括厚度為20-90mm、寬度為40-305_的軋制扁鋼，其水冷次數(shù)、時間和空冷自回火時間只適合于小型軋制件，這是因?yàn)樾⌒蛙堉萍谒浯慊饡r橫截面內(nèi)最大溫差以及由此引起的熱應(yīng)力不大，淬火安全性較好，實(shí)施相對容易。然而，對于厚度超過150mm的鍛造模塊采用該方法，則淬火開裂的危險大得多。公開號為CN101932736A的中國專利申請公開了一種馬氏體類不銹鋼的制造方法，其中提到了采用水冷+空冷+水冷或空冷的方式進(jìn)行淬火，并具體公開了每次冷卻所要達(dá)到的溫度。但是該專利申請的適用范圍僅包括壁厚為5-15_的鋼管，其核心內(nèi)容主要是通過調(diào)整水冷時間(使每次水冷的時間減少)以減少表面回?zé)嵝枰臅r間，以達(dá)到提高熱處理效率的目的。而且，該專利申請選擇980°C以下的淬火加熱溫度，奧氏體化程度較低，這樣晶粒細(xì)小，淬火開裂的危險減小，但是耐腐蝕性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法。本發(fā)明提供了一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其中，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊是經(jīng)冶煉、鍛造而成的規(guī)格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法包括采用1000°c 1050°c的溫度加熱馬氏體不銹鋼鍛造模塊以進(jìn)行奧氏體化，然后執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進(jìn)行在600°C 650°C的溫度保溫10 20小時的回火工藝，其中，在執(zhí)行淬火前，將用于進(jìn)行水冷卻淬火的水槽中的水預(yù)熱到40°C以上；執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟包括根據(jù)馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度不同，分別采用2次至4次的水冷，在水冷過程中進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊出水面進(jìn)行空冷。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，在執(zhí)行淬火前將水槽中的水預(yù)熱到40°C以上的步驟可以包括根據(jù)水槽中的水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與馬氏體不銹鋼鍛造模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到40°C以上。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，當(dāng)多個馬氏體不銹鋼鍛造模塊同爐加熱淬火時，在 1000°C 1050°C保溫I. 5h后出第一支料，然后將其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，在執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟中，可以在最后一次水冷結(jié)束后，將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到馬氏體不銹鋼鍛造模塊的表面溫度為50°c 120°C，立即裝爐回火。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟可以包括當(dāng)350mm<馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進(jìn)行4次水冷，其中，第一次水冷時間為2_5分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷3-6分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷6-10分鐘，第四次水冷時間為O. 5-2分鐘；當(dāng)300mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 350mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2_4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘；當(dāng)250mm〈馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 300mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘；當(dāng)210mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 250mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘；當(dāng)180_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 210mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2_4分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘；當(dāng)140_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 180mm時，進(jìn)行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘；當(dāng)IOOmm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進(jìn)行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊通過以下方法得到可以采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝來執(zhí)行冶煉工藝，出鋼后澆注成鋼錠；壓機(jī)對所述鋼錠進(jìn)行鍛造成，從而得到規(guī)格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述鋼錠可以為5 40t的八角鋼錠。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述壓機(jī)可以為2000t或4500t壓機(jī)，鍛造的熱加工變形量> 4 ;馬氏體不銹鋼鍛造模塊在淬火前經(jīng)球化退火，并且經(jīng)超聲波探傷檢驗(yàn)合格。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，在冶煉工藝中，可以控制鋼水中的硫含量< O. 010%。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊可以為20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，經(jīng)冶煉工藝獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例可以為 C O. 36 O. 45%, Mn ( O. 80%, Si ( O. 60%, P ( O. 040%, S ( O. 030%,Crl2. 00
14.00%, Ni ^ O. 60%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，在冶煉工藝中，可以控制鋼水中的硫含量彡O. 010%。根據(jù)本發(fā)明制得的馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理預(yù)硬化鍛造模塊能夠全面滿足化學(xué)成分、表面-心部硬度以及超聲波探傷質(zhì)量的要求。



圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法。具體地講，本發(fā)明提供了一種采用水空間隙冷卻淬火對馬氏體不銹鋼鍛造模塊進(jìn)行熱處理的方法。根據(jù)本發(fā)明，馬氏體不銹鋼鍛造模塊是指經(jīng)冶煉、鍛造而成的規(guī)格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，可以通過以下方法制得馬氏體不銹鋼鍛造模塊采用電爐初煉、鋼包精煉和真空去氣(EAF+LF+VD)冶煉，澆注成5 40t (噸)八角鋼錠，利用壓機(jī)鍛造并經(jīng)過退火、銑光以及局部研磨去除表面缺陷后，經(jīng)過超聲波探傷合格，制得厚度為IOOmm 400mm、寬度為300mm 1300mm的馬氏體不銹鋼大型鍛造模塊。根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法可以適用于20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊，尤其適用于40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊。由于40Crl3在20_40Crl3中含碳量最高，淬火開裂危險性最大，并且是更優(yōu)選的耐蝕性塑料模具鋼，其耐磨性與耐蝕性性能匹配較好，同時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，如果可以對成功地40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊實(shí)現(xiàn)熱處理，則20-30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊可以更容易地實(shí)現(xiàn)熱處理，所以在本申請中以40Crl3為例對本發(fā)明的熱處理方法進(jìn)行了描述。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以通過以下方法制得40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為CO. 36 O. 45%、Mn彡O. 80%、Si ( O. 60%,P ( O. 040%,S ^ O. 030%,Cr 12. 00 14. 00%,Ni ( O. 60%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成5 40t八角鋼錠；將所得的5 40t八角鋼錠在> 3000C的溫度下紅送至加熱爐，加熱到1150°C 1240°C后用壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度100 400mm、寬度300 1300mm的模塊，鍛造比彡4，經(jīng)球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成1.0 8. O米的長度。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在進(jìn)行冶煉時，優(yōu)選地將硫含量控制成< O. 010% ;鍛造所使用的壓機(jī)優(yōu)選地為2000t或4500t壓機(jī)。下面將參照附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法。
圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法的示意圖。在圖I中，在1000-1050°C下執(zhí)行淬火之前，先對馬氏體不銹鋼鍛造模塊進(jìn)行加熱，具體地講，先將溫度升高到780-850°C、然后在前述溫度(780-8500C )下保溫一段時間，隨后繼續(xù)升溫，其中，在780-850°C保溫是起到預(yù)熱作用，以減小奧氏體轉(zhuǎn)變吸熱帶來的應(yīng)力，防止鋼件加熱過程出現(xiàn)裂紋。在將馬氏體不銹鋼模塊加熱到預(yù)定溫度(例如，1000-1050°C )后，充分其執(zhí)行淬火熱處理。根據(jù)本發(fā)明，對按如上所述的方法冶煉、鍛造出的規(guī)格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300的馬氏體不銹鋼鍛造模塊采用水空間隙冷卻淬火調(diào)質(zhì)熱處理來進(jìn)行熱處理。具體地講，采用1000°C 1050°C的溫度進(jìn)行加熱以奧氏體化，然后執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進(jìn)行600°C 650°C保溫10 20小時回火的工藝。根據(jù)本發(fā)明，熱處理工藝的具體要求如下根據(jù)用于進(jìn)行水冷卻淬火的水槽中的水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到40°C以上；當(dāng)多個模塊同爐加熱淬火時，在1000°C 1050°C保溫I. 5h完成后出第一支料，·然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大；將模塊出爐空冷到950°C 900°C后入水淬火。根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟為根據(jù)馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度不同，可以分別采用2-4次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，具體的水空間隙淬火冷卻制度如下面的表I所示。表I根據(jù)本發(fā)明的水-空間隙淬火冷卻制度
S Hi IB'f*=第一次水弟.......次水弟二次水弟四次水
f— 冷時間冷時間工⑶- '冷時間工=_冷時間 畫分鐘分鐘I評分鐘洲分鐘
>350-4002-52-52-43-61-3 6-10 0.5-2
>300-3502-42-51.5-33-51-3___
>250-3002-42-51.5-33-5 0.5-2_
>210-2502-42-51-33-50.5-2
>180-2102-42-41-33-5 0.5-2 _
>140-1801.5-32-40.5-2_____
100-140I 5-32 40.5-2 __在最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度為50°C 120°C，立即裝爐回火。根據(jù)本發(fā)明，淬火后進(jìn)行600°C 650°C保溫10-20小時的回火。在本發(fā)明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法中，選擇1000°C 1050°C的淬火加熱溫度，是為了使馬氏體不銹鋼達(dá)到充分的奧氏體化，保證足夠的淬透性，以滿足厚度超過150_的鍛造模塊心部淬透的需要，并且淬火后的耐腐蝕性可以達(dá)到最佳。根據(jù)本發(fā)明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，在淬火前將水溫加熱到40°C以上，一方面使冷卻速度減慢，避免水冷過于強(qiáng)烈，另一方面也使一個批次3 6個鍛造模塊的淬火效果保持穩(wěn)定，避免先后淬火的模塊因?yàn)橥粋€水槽中水溫變化導(dǎo)致的性能波動過大。另外，在本發(fā)明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法中，根據(jù)模塊厚度不同，分別采用2-4次水冷。通過對不同規(guī)格工件水淬過程溫度場的數(shù)值模擬，每次水冷時間按照表面與心部溫差在450°C以下作為控制目標(biāo)，而在隨后的每次空冷過程中，模塊內(nèi)部的熱量傳向表層，使表層的溫度升高“返紅”。根據(jù)本發(fā)明，水冷次數(shù)的選擇是按照最后一次水冷結(jié)束后，把鍛造模塊棱角部位的溫度控制在馬氏體不銹鋼的Ms點(diǎn)270°C以下和220°C以上，使模塊棱角部位發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變。隨后，在空冷過程中，心部的熱量傳向棱角部位，使其溫度升高，剛剛轉(zhuǎn)變的馬氏體發(fā)生自回火使韌性和應(yīng)力狀態(tài)得到調(diào)整，避免了開裂，而模塊的其他部位都在最后的靜止空冷過程中完成馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)硬化，這樣在較緩慢的冷卻速度下進(jìn)行馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變使應(yīng)力減小，同時殘余奧氏體量增加，有利于避免淬火開裂。 此外，根據(jù)本發(fā)明，淬火后進(jìn)行600°C 650°C回火，可以達(dá)到硬度28-35HRC的預(yù)硬化要求。因此，本發(fā)明通過采用水空間隙冷卻的淬火方式，在滿足淬透性要求的同時，減小截面溫差而避免水冷導(dǎo)致的淬火開裂，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗穑_(dá)到了 20Crl3-40Crl3塑料模具鋼鍛造模塊預(yù)硬化的目的。下面給出的實(shí)施例擬以對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I :對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 36%,Mn O. 62%,Si O. 30%,P O. 031%,S O. 010%,Cr 12.0%,Ni O. 11 %、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成5t八角錠；b、鍛造模塊將5t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1150°C后用2000t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度100mm、寬度300mm的模塊，鍛造比> 4，經(jīng)球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. O 8. O米長。40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用iooo°c加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到40°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1000°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到950°C后入水淬火。根據(jù)模塊的厚度，采用2次水冷，在水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2分鐘，然后空冷3分鐘，再次水冷I分鐘；最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度120°C，立即裝爐回火。
淬火后進(jìn)行630°C ±5°C，保溫10小時回火后空冷。實(shí)施例2 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 40%,Mn O. 41%,Si O. 46%,P O. 025%,S O. 002%,Cr 14. 00%, Ni O. 32%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成40t八角錠；b、鍛造模塊將40t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1240°C后用4000t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度400mm、寬度1300mm的模塊，鍛造比> 4，經(jīng)球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。 40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1050°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1050°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到900°C后入水淬火。根據(jù)模塊的厚度，采用4次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷3分鐘，然后空冷3分鐘，第二次水冷2. 5分鐘，然后空冷5分鐘，第三次水冷I. 5分鐘，然后空冷9分鐘，第四次水冷I分鐘；最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度50°C，立即裝爐回火。淬火后進(jìn)行605°C ±5°C保溫20小時回火后空冷。實(shí)施例3 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 45%,Mn O. 26%,Si O. 19%,P O. 030%,S O. 003%,Cr 14. 00%, Ni O. 09%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成19t八角錠；b、鍛造模塊將19t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1220°C后用4000t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度280mm、寬度800mm的模塊，鍛造比> 4，經(jīng)球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1040°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1040°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到920°C后入水淬火。根據(jù)模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷3. 5分鐘，第二次水冷2分鐘，然后空冷5分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度80°C，立即裝爐回火。淬火后進(jìn)行625°C ±5°C保溫18小時回火后空冷。實(shí)施例4 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 38%,Mn O. 41%,Si O. 35%,P O. 029%,S O. 005%,Cr 12. 71%,Ni O. 13%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成12t八角錠；b、鍛造模塊將12t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1210°C后用4000t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度195mm、寬度700mm的模塊，鍛造比> 4，經(jīng)球化退火，磨光或 車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1020°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1020°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到930°C后入水淬火。根據(jù)模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷3分鐘，第二次水冷1. 5分鐘，然后空冷4分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度95°C，立即裝爐回火。淬火后進(jìn)行615 °C ± 5 °C保溫20小時回火后空冷。實(shí)施例5:對一種30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 29%,MnO. 40%, Si O. 45%,P O. 028%, S O. 007%,Cr 13.21%,Ni O. 11 %、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成12t八角錠；b、鍛造模塊將12t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1210°C后用4000t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度235mm、寬度700mm的模塊，鍛造比> 4，經(jīng)球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1050°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1020°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到930°C后入水淬火。根據(jù)模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷2. 5分鐘，第二次水冷I. 5分鐘，然后空冷4分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度95°c，立即裝爐回火。淬火后進(jìn)行605°C ±5°C保溫15小時回火后空冷。實(shí)施例6 對一種20Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到20Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 20%,MnO. 53%, Si O. 42%,P O. 027%, S O. 009%,Cr 13. 19%,Ni O. 09%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；出鋼后澆注成19t八角錠；b、鍛造模塊將12t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1210°C后用4000t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度285mm、寬度650mm的模塊，鍛造比> 4，經(jīng)球化退火，磨光或·車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。20Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1030°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到約50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1020°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到930°C后入水淬火。根據(jù)模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷3. 5分鐘，第二次水冷2分鐘，然后空冷5分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度95 °C，立即裝爐回火。淬火后進(jìn)行600°C ±5°C保溫12小時回火后空冷。在這里，需要注意的是，在實(shí)際的生產(chǎn)操作中由于客觀環(huán)境的影響，實(shí)際控制的回火溫度可能會出現(xiàn)一定的偏差，但這是在允許范圍之內(nèi)的，故在該實(shí)施例中提到的回火溫度是600°C ±5°C，而其仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例7至實(shí)施例13 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執(zhí)行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 36 — O. 45%,Mn^0. 80%,Si ^O. 60%,P ^ O. 040%、S^O. 030%, Cr 12. 00 14. 00%, Ni ( O. 60%、余量為鐵；出鋼后澆注成5 40t八角錠，實(shí)施例5-11中每個實(shí)施例的馬氏體不銹鋼的鋼的組成如下面的表2所示；b、鍛造模塊將5 40t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1150 1240°C后用2000t或4500t壓機(jī)鍛造成規(guī)格為厚度100 400_、寬度300 1300_的模塊，鍛造比彡4，經(jīng)球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標(biāo)準(zhǔn)B級超聲波探傷檢驗(yàn)合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長度。實(shí)施例5至實(shí)施例11的40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1000 1050°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火，淬火后進(jìn)行600 650°C保溫10 20小時回火的工藝。工藝要求如下根據(jù)槽中水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到40°C以上；多個模塊同爐加熱淬火時，在1000-1050°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大；出爐空冷到950_900°C后入水淬火。
·
根據(jù)模塊厚度不同，分別采用2-4次水冷，水冷過程中強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將模塊吊出水面空冷。實(shí)施例5至實(shí)施例11的具體的水-空間隙淬火冷卻制度如一面的表I所示。最后一次水冷結(jié)束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到模塊表面溫度為50 120°C，立即裝爐回火。淬火后進(jìn)行600 650°C保溫10 20小時回火后空冷。表2實(shí)施例7-13中的鋼的組成和質(zhì)量百分比
質(zhì)量百分比實(shí)施實(shí)施實(shí)施實(shí)施實(shí)施實(shí)施實(shí)施 /wt% 例7 例8 例9 例10 例11 例12 例13
C__0.380.390.370.450.360.410.43
Mn0.800.620.580.430.610.320.25
Si__0.510.440.460.320.390.260.33
P__0.0270.0310.0360.0180.0080.0220.037
S__0.0080.0060.0050.0040.0070.0050.010
Cr__12.7513.2312.3112.0613.6512.3513.42
Ni__0.120.080.150.260.090.130.17
鐵余量余量余量余量余量余量余量采用本發(fā)明及其實(shí)施例1-13制備的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊經(jīng)淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理預(yù)硬化處理后的機(jī)械性能實(shí)際值見下面的表3所示。表3本發(fā)明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的機(jī)械性能
表面熱處理硬度心部熱處理硬度
(HRC)(HRC)---
標(biāo)準(zhǔn)要求28-3628-36
實(shí)際值30-3628-35采用本發(fā)明及實(shí)施例1-13的熱處理方法制備的20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理預(yù)硬化鍛造模塊，晶粒度可達(dá)到彡7級(按ASTME112規(guī)定進(jìn)行晶粒度評級)。另外，采用本發(fā)明及上述實(shí)施例制備的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理預(yù)硬化鍛造模塊，化學(xué)成分滿足GB/T1220-2007標(biāo)準(zhǔn)要求，超聲波探傷可達(dá)到GB/T4162標(biāo)準(zhǔn)的B級要求。此外，采用本發(fā)明及上述實(shí)施例制備的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理預(yù)硬化鍛造模塊，在淬火前無表面缺陷的前提下可以避免淬火裂紋的發(fā)生。另外，為了清晰起見，本發(fā)明及上述實(shí)施例中未具體敘述的技術(shù)內(nèi)容同現(xiàn)有技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和有益效果(I)本發(fā)明采用上述的水空間隙淬火和600-650°C回火熱處理后，厚度達(dá)100 400mm的20_40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊可以獲得28-38HRC的硬度，同一橫截面硬度差值在±2HRC以內(nèi)；(2)本發(fā)明通過電爐、鋼包精煉和真空去氣冶煉后鍛造成20_40Crl3馬氏體不銹鋼模塊，由于采用真空精煉、鍛造變形量足夠大，可以獲得組織致密、成分均勻、顯微純凈度高的模塊鍛件，超聲波探傷質(zhì)量高，使材料具有經(jīng)受水冷淬火巨大熱應(yīng)力沖擊不會開裂的能力；(3)本發(fā)明采用水作為淬火介質(zhì)，避免了油冷帶來的油煙污染和引發(fā)火災(zāi)的隱患，并能充分利用水冷傳熱快速的特點(diǎn)保證大尺寸模塊完全淬透，防止心部出現(xiàn)珠光體組織使20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼耐蝕性降低；(4)本發(fā)明采用水空間隙淬火冷卻方式，在水冷一定時間模塊的棱角部位降溫到300 V后，將模塊吊出水面空冷，模塊心部熱量傳出，表面溫度升高，空冷一定時間模塊表面溫度較均勻后再次入水。根據(jù)模塊厚度不同，分別進(jìn)行2-4次水空間隙冷卻，最后一次水冷結(jié)束后采用靜止空冷到50-120°C裝爐回火。這樣的冷卻方式使模塊同截面溫差較小，在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中采用靜止空氣中緩慢冷卻增加軟而韌的殘余奧氏體含量，避免了淬火裂紋的發(fā)生，經(jīng)過13批次32個模塊的淬火處理，未出現(xiàn)一次淬火開裂，證實(shí)了本發(fā)明水空間隙淬火冷卻方式的安全性。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊是經(jīng)冶煉、鍛造而成的規(guī)格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊，其中，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法包括采用1000°C 1050°C的溫度加熱馬氏體不銹鋼鍛造模塊以進(jìn)行奧氏體化，然后執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進(jìn)行在600°C 650°C的溫度保溫10 20小時的回火工藝， 其中，在執(zhí)行淬火前，將用于進(jìn)行水冷卻淬火的水槽中的水預(yù)熱到40°C以上； 執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟包括根據(jù)馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度不同，分別采用2次至4次的水冷，在水冷過程中進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，每次水冷結(jié)束后將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊出水面進(jìn)行空冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在執(zhí)行淬火前將水槽中的水預(yù)熱到40°C以上的步驟包括根據(jù)水槽中的水量，準(zhǔn)備足夠重量的廢鋼塊，與馬氏體不銹鋼鍛造模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預(yù)熱到40°C以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，當(dāng)多個馬氏體不銹鋼鍛造模塊同爐加熱淬火時，在1000°c 1050°C保溫I. 5h后出第一支料，然后將其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟中，在最后一次水冷結(jié)束后，將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊到地面擺放的墊鐵上進(jìn)行靜止空冷，冷到馬氏體不銹鋼鍛造模塊的表面溫度為50°C 120°C，立即裝爐回火。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火的步驟包括 當(dāng)350_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進(jìn)行4次水冷，其中，第一次水冷時間為2-5分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷3-6分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷6-10分鐘，第四次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當(dāng)300_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 350mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘； 當(dāng)250_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 300mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當(dāng)210mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 250mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當(dāng)180mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 210mm時，進(jìn)行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當(dāng)140mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 180mm時，進(jìn)行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘；當(dāng)100_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進(jìn)行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊通過以下方法得到采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝來執(zhí)行冶煉工藝，出鋼后澆注成鋼錠；壓機(jī)對所述鋼錠進(jìn)行鍛造成，從而得到規(guī)格為厚度10Omm 400mm、寬度300_ 1 300mm的模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述鋼錠為5 40t的八角鋼錠。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述壓機(jī)為2000t或4500t壓機(jī)，鍛造的熱加工變形量> 4 ;馬氏體不銹鋼鍛造模塊在淬火前經(jīng)球化退火，并且經(jīng)超聲波探傷檢驗(yàn)合格。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在冶煉工藝中，控制鋼水中的硫含量< 0.010%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊為20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，經(jīng)冶煉工藝獲得的鋼水的組成和質(zhì)量百分比例為C O. 36 O. 45%,Mn彡O. 80%、Si彡O. 60%、P^O. 040%,S ( O. 030%,Cr 12. 00 14. 00%,Ni ( O. 60%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在冶煉工藝中，控制鋼水中的硫含量< O. 010%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其中，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊是經(jīng)冶煉、鍛造而成的規(guī)格為厚度100mm～400mm、寬度300mm～1300mm的模塊。所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法包括采用1000℃～1050℃的溫度加熱馬氏體不銹鋼鍛造模塊以進(jìn)行奧氏體化，然后執(zhí)行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進(jìn)行在600℃～650℃的溫度保溫10～20小時的回火工藝。根據(jù)本發(fā)明制得的馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理預(yù)硬化鍛造模塊能夠全面滿足化學(xué)成分、表面-心部硬度以及超聲波探傷質(zhì)量的要求。
文檔編號C21D1/18GK102899460SQ20121040886
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者謝珍勇, 屈小科, 李偉, 高青松 申請人:攀鋼集團(tuán)江油長城特殊鋼有限公司