CN102586559A - 一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锻件的制造工艺，是一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，包括下料→感应加热→预锻→终锻→切边→第一控制冷却→入炉保温→第二控制冷却→喷丸→磁力探伤→机加工；第一控制冷却工序中，工件在切边后分散置于以一定速度移动的传输带上，在强制吹风或喷洒水雾的冷却条件下，以2.0～50.0℃/s的冷却速度冷至520℃～650℃之间的某一温度入炉保温；入炉保温工序和第二控制冷却工序中，工件在上述温度下入炉保温15～60分钟后以小于5℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温。本发明可以消除先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，获得更多的晶内铁素体，改善零部件韧塑性。

Description

一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种锻件的制造工艺，具体的说是一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺。

背景技术

微合金化非调质钢以中碳含钒微合金钢研究较早、应用较广，由于在轧、锻冷却过程中这类钢可以析出大量微细弥散分布的合金碳氮化合物，并发生沉淀强化，而获得相当于调质钢经调质处理后的综合力学性能，省去了调质处理工序，节省了能源和成本，已广泛应用于石油、汽车、机械等行业。这类非调质钢经锻造并控制冷却后得到铁素体＋珠光体组织，强度水平可达到800～1000MPa，冲击韧性为20～50J/cm2，如38SiMnVS是其中最典型的中碳含钒微合金钢，国内外普遍用来制造发动机连杆等零件。但在其锻造后控制冷却的过程中，基本上采用的是连续冷却方式，如分阶段进行风冷、空冷和缓冷等，在此过程中由于先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式析出，使其韧性较差，使用范围受到很大限制，连续冷却不当时还会出现某些异常组织，使零部件性能进一步恶化。

经申请人检索，申请号为：200310111656.2，专利名称为“非调质钢发动机曲轴锻造后冷却方法”的中国专利提出的控冷方法为：首先在自然空冷区内快速冷却至600℃左右，进入保温缓冷区实现保温缓冷，至450℃-500℃时从装置中取出。此专利请的冷却方法存在的缺点是：在自然空冷区内快速冷却至600℃左右的过程中，因对冷却速度没有明确要求，当冷却速度不够时，会在钢的CCT曲线中先共析铁素体的析出范围内沿原奥氏体晶界析出网状先共析铁素体，由此使材料韧性变差。

申请号为：200910116289.2，专利名称为“一种微合金非调质钢及其控锻——控冷的工艺方法” 的中国专利提出的控冷方法为：锻后控冷入炉时的温度为640℃；锻后控冷出炉时的温度为520℃。此专利的冷却方法存在的缺点是：锻后控冷入炉到出炉的时间较短（小于13 min），并且在此过程中及随后的冷却过程中均是连续冷却（大于9℃/min），对于某些过冷奥氏体稳定性较好的非调质钢会出现贝氏体组织，由此使材料韧性变差。

申请号为：200910116288.8，专利名称为“中高碳微合金非调质钢及其控锻——控冷的工艺方法” 的中国专利提出的控冷方法为：锻后控冷入炉时的温度为884℃；锻后控冷出炉时的温度为552℃。此申请的冷却方法存在的缺点是：锻件在884℃至552℃的炉内冷却时，冷却速度相对较慢（小于1.4℃/s）,容易在钢的CCT曲线中先共析铁素体的析出范围内沿原奥氏体晶界析出网状先共析铁素体，由此使材料韧性变差。另外，该控冷方法在锻后控冷入炉到出炉的时间较短（小于13 min），并且在此过程中及随后的冷却过程中均是连续冷却（大于9℃/min），对于某些过冷奥氏体稳定性较好的非调质钢会出现贝氏体组织，也使材料韧性变差。

因此，需要对非调质钢锻件的锻造及控制冷却工艺进行研究优化，消除或避免先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，并获得更多的晶内铁素体，在保证得到较高强度水平下，进一步提高零部件的冲击韧性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，可以消除或避免了先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，并获得更多的晶内铁素体，改善零部件的韧塑性。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，

包括的工序有：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→第一控制冷却→入炉保温→第二控制冷却→喷丸→磁力探伤→机加工；

在第一控制冷却工序中，工件在切边后立即分散置于以一定速度移动的传输带上，在强制吹风或喷洒水雾的冷却条件下，以2.0℃/s～50.0℃/s的冷却速度（即接近或大于钢的CCT（或TTT）曲线中的临界冷却速度）冷至520℃～650℃之间的某一温度入炉保温；在入炉保温工序和第二控制冷却工序中，工件在上述温度下入炉保温15～60分钟后以小于5℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温。

本申请采用2.0℃/s～50.0℃/s的冷却速度（即接近或大于钢的CCT（或TTT）曲线中的临界冷却速度）的主要作用是可以抑制先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出，同时使锻造变形过程中储存的形变能保存下来，并提高了相变过冷度，有利于随后在520℃～650℃入炉等温转变过程中获得细小的晶内铁素体和细小的珠光体组织，以提高产品最终的韧性和保证强度。

本申请的强制吹风或喷洒水雾冷却主要是获得接近或大于2.0℃/s～50.0℃/s的冷却速度。

520℃～650℃是过冷奥氏体向铁素体和珠光体组织转变的区域，在此之间入炉保温的温度越低，等温转变过程中越易获得细小的晶内铁素体和细小的珠光体组织，对提高产品最终的韧性和保证强度越有利。

工件在上述温度下入炉保温15～60分钟后以小于5℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温，主要是保证等温转变过程中过冷奥氏体向铁素体和珠光体组织转变充分，以稳定产品最终的组织和性能。针对某典型的非调质钢锻件在上述工艺条件下所获得的性能如下表中B组样品所示，A组和C组则是在连续冷却条件下（自然空冷、风冷）所获得的性能，可以看出B组的强度、硬度与A组和C组基本相当，但冲击吸收能却提高了两倍以上。

注：表中A组是6个随机抽样数据的平均值，B组和C组是12个随机抽样数据的平均值。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，传输带以0.5～2米/分的速度移动。

前述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，在感应加热工序中，工件加热温度为1120℃～1250℃。非调质钢锻件的加热温度通常都在1200℃左右，降低锻造温度可以使高温下的奥氏体晶粒细小，有利获得转变后细小的铁素体和珠光体组织，提高韧性，但微合金化元素V、Ti等在奥氏体中的溶解度下降，对转变后组织的析出强化作用下降，强度降低，因此锻件的加热温度要适控当，控制在1120℃～1250℃。

前述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，在终锻工序中，工件终锻温度控制为980℃～1050℃。非调质钢锻件的终锻温度主要影响奥氏体变形后再结晶晶粒的大小，并由此影响转变后铁素体形态和数量，终锻温度降低可以使奥氏体变形后再结晶晶粒细化，先共析铁素体形核率增加，促进转变过程中晶内铁素体的形成，并增加铁素体含量，有利于韧塑性的提高，但终锻温度过低，锻件的形变抗力增大，不利于锻模对锻件的成形和锻模的寿命，因此工件终锻温度控制为980℃～1050℃。

前述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，其特征在于：在所述的切边工序中，工件切边后的温度为850℃～1000℃。此工序主要是用切边模对锻件切边成形，通常终锻温度低该切边温度也低，但必须保证在锻件在奥氏体区进行切边，否则会因没有及时放入传输带而冷却较慢，引起先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式析出，从而降低韧性。

本发明为经过锻造后通过进一步控制冷却速度和冷却方式且随后不再进行调质处理的高强度、高韧性微合金化非调质钢锻件的制造。采用上述工艺制造的微合金化非调质钢锻件，消除或避免了先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，在适当的温度下采用了入炉保温的方式使组织发生充分的等温转变，获得更多的晶内铁素体，改善零部件的韧塑性，相对于传统的锻后直接空冷等工艺，在保证原有强度水平（950～1000MPa）的基础上，零部件的冲击韧性可提高二倍以上。（上述工件的温度误差在±10℃以内）

本发明与对比文件1、2和3的主要区别在于：锻件在终锻并切边后，采用2.0℃/s～50.0℃/s的冷却速度（即接近或大于钢的CCT（或TTT）曲线中的临界冷却速度）抑制了先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出，同时使锻造变形过程中储存的形变能保存下来，并提高了相变过冷度，在随后的520℃～650℃入炉等温转变过程中获得细小的晶内铁素体和细小的珠光体组织，并且在等温转变过程中使过冷奥氏体向铁素体和珠光体组织转变充分，避免了连续冷却不当时的出现某些异常组织，提高了产品最终的韧性并保证了强度，改善了产品的组织和性能。对比文件1申请号为：200310111656.2，专利名称为“非调质钢发动机曲轴锻造后冷却方法”；对比文件2申请号为：200910116289.2，专利名称为“一种微合金非调质钢及其控锻——控冷的工艺方法”；对比文件3申请号为：200910116288.8，专利名称为“中高碳微合金非调质钢及其控锻——控冷的工艺方法”。

具体实施方式

实施例一

一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，包括的工序有：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→第一控制冷却→入炉保温→第二控制冷却→喷丸→磁力探伤→机加工；

感应加热工序中，工件加热温度为1120℃；终锻工序中，工件终锻温度控制为980℃；切边工序中，工件切边后的温度为850℃；

在第一控制冷却工序中，工件在切边后立即分散置于以0.5米/分的速度移动的传输带上，在强制吹风的冷却条件下，以接近或大于钢的CCT（或TTT）曲线中的临界冷却速度（2.0℃/s）冷至520℃入炉保温；在入炉保温工序和第二控制冷却工序中，工件在上述温度下入炉保温15分钟后以小于0.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温。

采用上述工艺制造的微合金化非调质钢锻件，消除或避免了先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，在适当的温度下采用了入炉保温的方式使组织发生充分的等温转变，获得更多的晶内铁素体，改善零部件的韧塑性，相对于传统的锻后直接空冷等工艺，在保证原有强度水平（950～1000MPa）的基础上，零部件的冲击韧性可提高二倍以上。（上述工件的温度误差在±10℃以内）。

实施例二

一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，包括的工序有：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→第一控制冷却→入炉保温→第二控制冷却→喷丸→磁力探伤→机加工；

感应加热工序中，工件加热温度为1130℃；终锻工序中，工件终锻温度控制为1000℃；切边工序中，工件切边后的温度为930℃；

在第一控制冷却工序中，工件在切边后立即分散置于以2米/分的速度移动的传输带上，在喷洒水雾的冷却条件下，以接近或大于钢的CCT（或TTT）曲线中的临界冷却速度（15.0℃/s）冷至600℃入炉保温；在入炉保温工序和第二控制冷却工序中，工件在上述温度下入炉保温25分钟后以1℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温。

采用上述工艺制造的微合金化非调质钢锻件，消除或避免了先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，在适当的温度下采用了入炉保温的方式使组织发生充分的等温转变，获得更多的晶内铁素体，改善零部件的韧塑性，相对于传统的锻后直接空冷等工艺，在保证原有强度水平（950～1000MPa）的基础上，零部件的冲击韧性可提高二倍以上。（上述工件的温度误差在±10℃以内）。

实施例三

一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，包括的工序有：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→第一控制冷却→入炉保温→第二控制冷却→喷丸→磁力探伤→机加工；

感应加热工序中，工件加热温度为1250℃；终锻工序中，工件终锻温度控制为1050℃；切边工序中，工件切边后的温度为1000℃；

在第一控制冷却工序中，工件在切边后立即分散置于以2米/分的速度移动的传输带上，在强制吹风的冷却条件下，以接近或大于钢的CCT（或TTT）曲线中的临界冷却速度（16.0℃/s）冷至650℃入炉保温；在入炉保温工序和第二控制冷却工序中，工件在上述温度下入炉保温40分钟后以3℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温。

采用上述工艺制造的微合金化非调质钢锻件，消除或避免了先共析铁素体在原奥氏体晶界以网状形式的析出和贝氏体组织的出现，在适当的温度下采用了入炉保温的方式使组织发生充分的等温转变，获得更多的晶内铁素体，改善零部件的韧塑性，相对于传统的锻后直接空冷等工艺，在保证原有强度水平（950～1000MPa）的基础上，零部件的冲击韧性可提高二倍以上。（上述工件的温度误差在±10℃以内）。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，其特征在于：

包括的工序有：下料→感应加热→预锻→终锻→切边→第一控制冷却→入炉保温→第二控制冷却→喷丸→磁力探伤→机加工；

在所述第一控制冷却工序中，工件在切边后立即分散置于以一定速度移动的传输带上，在强制吹风或喷洒水雾的冷却条件下，以2.0℃/s～50.0℃/s 的冷却速度冷至520℃～650℃之间的某一温度入炉保温；在所述的入炉保温工序和第二控制冷却工序中，工件在上述温度下入炉保温15～60分钟后以小于5℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温。

2.如权利要求1所述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，其特征在于：传输带以0.5～2米/分的速度移动。

3.如权利要求1所述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，其特征在于：在所述的感应加热工序中，工件加热温度为1120℃～1250℃。

4.如权利要求1所述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，其特征在于：在所述的终锻工序中，工件终锻温度控制为980℃～1050℃。

5.如权利要求1所述的高韧性微合金化非调质钢锻件的制造工艺，其特征在于：在所述的切边工序中，工件切边后的温度为850℃～1000℃。