CN103572022B - H13型钢的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种H13型钢的热处理方法。该方法包括如下操作步骤：步骤一，将采用径锻机锻造后的锻件钢材以10-200℃/min的冷却速度冷却至300℃以下，其中所述径锻机的停锻温度为900-950℃；步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材在830～880℃条件下保温后再降温至700-760℃进行二级等温球化后冷却，所述二级等温球化是指先低温度球化然后升温进行高温度球化。采用本发明的方法对H13型钢进行热处理提高了锻件材组织的一次检验合格率；产品检验达到北美压铸协会模具材料标准NADCA207#中A4以上水平；生产周期缩短20小时以上；劳动成本及煤气消耗成本有了明显的降低。

Description

H13型钢的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种热处理方法，具体而言涉及一种H13型钢的热处理方法。

背景技术

H13钢是C-Cr-Mo-Si-V型钢，在世界上的应用极其普遍。H13系列用钢锻后热处理过程一般采用如下工艺：锻件材在830～880℃条件下保温后缓冷或在700-750℃条件下等温球化一段时间后缓冷（即一般工艺）；有时会在上述工艺前加淬火或正火工艺（即强化工艺），但这些工艺通常存在以下不足：

（1）一般钢材锻后冷却不均，马氏体，残余奥氏体等多种组织并存，组织形态不均匀，采用上述一般工艺退火后，存在块状和条状共晶碳化物，晶界有网状二次碳化物析出，所以进行一般工艺很难得到理想的均匀细小组织，从而影响制作的模具的寿命。

（2）采用强化工艺加一般工艺处理时，由于H13型钢的淬火或正火温度较高，需将钢材从炉台上吊下，工人劳动环境差，强度大，并有一定的淬火或正火成本。

（3）当退火炉较大或装料较多时，特别是降温阶段时炉内都要存在较大温差，制定一定的工艺温度等温球化退火，不能适用炉内不同温度的钢材，球化效果较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种H13型钢的热处理方法，通过该方法得到的锻件材的组织级别提高，生产周期缩短，劳动成本降低。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种H13型钢的热处理方法，包括如下操作步骤：

步骤一，将采用径锻机锻造后的锻件钢材按截面大小以10-200℃/min的冷却速度冷却至300℃以下，其中所述径锻机的停锻温度为900-950℃；

步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材在830～880℃条件下保温后再降温至700-760℃进行二级等温球化后冷却，所述二级等温球化是指先低温度球化然后升温进行高温度球化。

所述步骤一中将锻件钢材快速冷却至300℃以下即Ms点（马氏体转变的起始温度）以下，可以使最终组织转变完成，组织越单一越有利于球化成细小组织。

在上述热处理方法中，所述步骤一中的所述锻件钢材的锻前温度优选控制在1100-1180℃范围内。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤一中，所述径锻机在锻造过程中每个道次的压下量控制在10-50mm，转角控制在10-30°，进给量控制在20-60mm，每次打击循环时间控制在300-1000ms。通过对径锻机的上述参数的设定，可以较好的控制每个道次的变形量，使钢料在变形过程中产生的变形热（会使钢料温度上升）与钢料在锻造过程中自然温降达到平衡，从而控制停锻温度在900-950℃范围，即等温锻造，让一支钢的所有位置都在该温度范围内。所述停锻温度示例性的可以为910℃、915℃、920℃、925℃。控制停锻温度有利于碳化物破碎，又可以防止晶粒长大。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤一中，所述锻件钢材冷却至300℃以下的方式为在线喷水或浸水方式，这样可以保证较快将锻件材冷却至300℃以下而且冷却均匀，示例性的可以冷却至250℃、268℃、276℃、285℃、290℃、290-300℃，从而实现类似于淬火的效果。

所述在线喷水是采用在线喷水装置实现的，该在线喷水装置可实现对锻造后的锻件钢材的快速均匀冷却。该在线喷水装置设置于径锻机之后，经径锻机锻造后的锻件钢材可直接从该在线喷水装置的中心通过，从而实现快速冷却。示例性地，该在线喷水装置包括：水平放置的圆筒状支架，包括位于两端的两个圆环以及均匀架设在两圆环之间的多个与高压水管连通的管路；以及设置于所述多个管路上的多个喷嘴，所述多个喷嘴的喷水方向均朝向所述圆筒状支架的中心轴线AA。需要冷却的锻件钢材从圆筒状支架的中心通过，水就浇在锻件钢材上，从而使锻件达到快速降温目的。

所述在线浸水是采用在线浸水装置实现的，该在线浸水装置也可实现对锻造后的锻件钢材的快速均匀冷却。该在线浸水装置设置于径锻机之后，经径锻机锻造后的锻件钢材可直接置于在线浸水装置中，从而实现快速冷却。示例性地，该在线浸水装置为设置于径锻机后方的水槽，锻造后的锻件可直接放入该水槽中，从而使锻件达到快速降温目的。

在上述热处理方法中，所述步骤二中进行二级等温球化是为了满足退火炉内有温差的钢材，钢材在炉内退火时，如果退火炉炉温均匀性不好，单一的等温球化温度无法适应炉内每个位置的钢材，无法得到均匀细小的组织，达不到球化退火效果，所以采用了二级等温球化。所述低温度球化的温度优选是700-730℃，示例性的可以为700-710℃、720-730℃、715-725℃、728℃；所述高温度球化的温度优选是731-760℃，示例性的可以为735-745℃、745-750℃、755-758℃、740℃。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二中，所述保温的时间为2-20小时，工件小，一次装炉量少可选短时间，工件大，一次装炉量多可选长时间。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二中，所述降温采用炉冷方式降温，更优选降温速度为不大于30℃/h。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二中，所述低温度球化的时间为2-10小时，工件小，一次装炉量少可选短时间，工件大，一次装炉量多可选长时间；所述高温度球化的时间为2-10小时，工件小，一次装炉量少可选短时间，工件大，一次装炉量多可选长时间。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤二中，所述冷却是按降温速度不大于30℃/h的炉冷方式降至600℃以下后出炉空冷。

在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述H13型钢按质量百分比由以下成分组成：C:0.32-0.45%,Cr:4.5-5.5%Mo:1.1-1.75%,Si:0.8-1.2%,V:0.3-1.2%,Mn:0.15-0.5%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的有益效果：采用本发明的方法对H13型钢进行热处理提高了锻件材组织的一次检验合格率；锻件材组织级别得到提高，产品检验达到北美压铸协会模具材料标准NADCA207#中A4以上水平；生产周期缩短20小时以上；劳动成本及煤气消耗成本有了明显的降低。

附图说明

图1是经过本发明方法热处理后的H13型钢的金相组织图。

图2是本发明实施例中使用的在线喷水装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。

以下实施例中使用的在线喷水装置具有如下的结构，参见图2。其包括：水平放置的圆筒状支架1，包括位于两端的两个圆环12以及均匀架设在两圆环之间的多个与高压水管（图中未示出）连通的管路11；以及设置于所述多个管路11上的多个喷嘴2，所述多个喷嘴2的喷水方向均朝向所述圆筒状支架1的中心轴线AA，当待冷却的锻件钢材沿圆筒状支架1的中心轴线AA的方向从圆筒状支架1的内部通过时，所述多个喷嘴2将高压水喷至待冷却的锻件钢材表面，从而实现锻件钢材的降温。该喷水装置可以实现10-200℃/min的降温速度。

实施例1

以将520方规格的钢材锻造成250圆规格的H13型钢锻件材为例；

热处理方法如下：

步骤一，采用径锻机对锻前温度为1170-1180℃的钢材进行锻造，径锻机程序中的参数设定如下：每个道次的压下量为20-40mm，转角为10-30°，进给量为20-50mm，每次打击循环时间为300-850ms，停锻温度为900-950℃，然后采用上述在线喷水装置将锻造后的锻件钢材快速冷却至250℃；

步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材放入退火炉中，在860℃条件下保温20h后再采用降速20℃/h的炉冷方式降温至720℃进行低温等温球化10h，再升温至740℃进行高温等温球化10h，然后按降速20℃/h降至500℃出炉空冷。

采用上述方法热处理了上述锻件材30吨，其组织的一次检验合格率为100%，提高了40%，检验合格产品的金相组织图参见图1，从图1中可以看出组织均匀细小，无块状和条状共晶碳化物，晶界无网状二次碳化物析出的组织；锻件材组织相当于NADCA207#中A2，B2，级别得到提高，H13圆形锻材产品的检验达到北美压铸协会模具材料标准NADCA207#中A4以上水平。

实施例2

以将410方规格的钢材锻造成160圆规格的H13型钢锻件材为例；

热处理方法如下：

步骤一，采用径锻机对锻前温度为1150-1160℃的钢材进行锻造，径锻机程序中的参数设定如下：每个道次的压下量为20-35mm，转角为10-30°，进给量为20-60mm，每次打击循环时间为300-800ms，停锻温度为900-910℃，然后采用上述在线喷水装置将锻造后的锻件钢材快速冷却至280℃；

步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材放入退火炉中在830～835℃条件下保温18h后再采用降速20℃/h的炉冷方式降温至720℃进行低温等温球化10h，再升温至740℃进行高温等温球化8h，然后按降速20℃/h降至500℃出炉空冷。

采用上述方法热处理了上述锻件材50件，其组织的一次检验合格率为100%，提高了30%，检验合格产品的组织均匀细小，无块状和条状共晶碳化物，晶界无网状二次碳化物析出的组织；锻件材组织级别得到提高，H13圆形锻材产品的检验达到北美压铸协会模具材料标准NADCA207#中A4以上水平。

实施例3

以将200*450扁规格的钢材锻造成125*415扁规格的H13型钢锻件材为例；

热处理方法如下：

步骤一，采用径锻机对锻前温度为1165℃的钢材进行锻造，径锻机程序中的参数设定如下：每个道次的压下量为20-35mm，转角为10°，进给量为20-50mm，每次打击循环时间为300-800ms，停锻温度为920-923℃，然后采用上述在线喷水装置将锻造后的锻件钢材快速冷却至280℃；

步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材放入退火炉中在880℃条件下保温20h后再采用降速20℃/h的炉冷方式降温至720℃进行低温等温球化10h，再升温至740℃进行高温等温球化10h，然后缓冷至600℃后空冷。

采用上述方法热处理了上述锻件材10件，其组织的一次检验合格率为100%，提高了20%，检验合格产品的组织均匀细小，无块状和条状共晶碳化物，晶界无网状二次碳化物析出的组织；锻件材组织级别得到提高，H13扁形锻材产品的检验达到北美压铸协会模具材料标准NADCA207#中A4以上水平。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种H13型钢的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将采用径锻机锻造后的锻件钢材按截面大小以10-200℃/min的冷却速度冷却至300℃以下，其中所述径锻机的停锻温度为900-950℃；所述径锻机在锻造过程中每个道次的压下量控制在10-50mm，转角控制在10-30°，进给量控制在20-60mm，每次打击循环时间控制在300-1000ms；

步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材放入退火炉中，在830～880℃条件下保温后再降温至700-760℃进行二级等温球化后冷却，所述二级等温球化是指先低温度球化然后升温进行高温度球化；所述低温度球化的温度是700-730℃；所述高温度球化的温度是731-760℃。

2.根据权利要求1所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述锻件钢材的锻前温度控制在1100-1180℃。

3.根据权利要求1所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述锻件钢材冷却至300℃以下是通过在线喷水方式或浸水方式实现的。

4.根据权利要求3所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，所述在线喷水方式是通过在线喷水装置实现的，所述在线喷水装置设置于所述径锻机之后，包括：水平放置的圆筒状支架，包括位于两端的两个圆环以及均匀架设在两圆环之间的多个与高压水管连通的管路；以及设置在所述多个管路上的多个喷嘴，所述多个喷嘴的喷水方向均朝向所述圆筒状支架的中心轴线AA。

5.根据权利要求1所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述保温的时间为2-20h；所述低温度球化的时间为2-10h，所述高温度球化的时间为2-10h。

6.根据权利要求1所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述降温是采用降速不大于30℃/h的炉冷方式降温。

7.根据权利要求1所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，所述H13型钢按质量百分比由以下成分组成：C:0.32-0.45％,Cr:4.5-5.5％,Mo:1.1-1.75％,Si:0.8-1.2％,V:0.3-1.2％，Mn:0.15-0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。

8.根据权利要求1所述的H13型钢的热处理方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述冷却是按降温速度不大于30℃/h的炉冷方式降至600℃以下后出炉空冷。