CN107513605A - 基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法 - Google Patents

基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法 Download PDF

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Abstract

一种基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，其特征在于需要控制35CrNi3MoV钢的成分为：Al元素质量百分比含量在0.01%以下，N元素质量百分比含量在90ppm以下；枝晶组织的消除方法为：首先，进行的钢锭电渣重熔，然后将试验钢进行多火次锻造加工，最后对锻件进行正火+回火+正火+调质处理的方法；本发明的方法安全可靠，经过该方法处理过的锻件其明显的消减了枝晶偏析的现象，提高了锻件的综合性能，从而满足我国对高强、高韧、高淬透性大型锻件的制造需要。

Description

基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法
技术领域
本发明涉及一种大型钢锻件加工技术，尤其是一种35CrNi3MoV钢大型锻件的加工技术，具体地说是一种基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法。
背景技术
30CrNi3MoV钢具有高的淬透性和良好的综合力学性能，淬火高温回火后可在大截面上获得均匀的强度、高的塑性、韧性、疲劳强度，低的冷脆转变温度和缺口敏感性。无明显回火脆性，切削性能中等，冷变形塑性和焊接性较差。对白点的形成敏感，锻后尽量缓冷。宜作截面较大的零件，如轴类零件、对接接头、齿轮等。
大型锻件必须由大型铸锭锻造而成，大型铸锭在制造过程必然存在枝晶组织等组织、成分的不均匀性。为满足力学性能，大型锻件通常须采用淬透性高强度高的钢种，如：Ni-Cr-Mo-V系钢等。但这类钢过冷奥氏体稳定性高，组织遗传倾向大（即马氏体、贝氏体等非平衡原始组织在重新奥氏体时，继承和恢复了原始粗大晶粒的现象），造成大型锻件晶粒粗大和不均匀，进而影响其冲击韧性、脆性转变温度、超声波可探性和导磁性等性能。
为了解决大型锻件组织遗传带来的晶粒粗大和不均匀问题，目前通常采用复杂并且周期很长的锻后热处理工序（锻后多次正火、临界区高温侧正火、退火等）来加已改善。但对于枝晶严重区域，仍然会出现较严重的粗晶和混晶现象。因此，要从根本上阻断粗晶和混晶现象，必须控制大型锻件内的枝晶等不良组织。
锻件的组织性能与锻造工艺有很大的关系。相对于单火次锻造，多火次锻造可以通过多次锻前加热发生的再结晶、奥氏体相变等改善材料组织。锻造比的大小影响锻件质量，锻造比不能太小但也并非越大越好，前者会导致枝晶组织得不到消除，后者会导致组织、性能方向性明显。
从已有的研究结果来看，有关枝晶组织、锻造组织不均匀性、热处理组织遗传及粗晶混晶现象之间内在联系的研究，在国内外尚未见公开报道。而发达国家针对高淬透性高强钢大型锻件的制造技术，一直对我国严格封锁。鉴于此，本项目针对高淬透性高强钢大型锻件制造的国际最新发展趋势，研制开发出与现有制造技术相比，具有粗晶和混晶组织程度更低、同时具有更优异综合性能平衡的高淬透性高强钢大型锻件制造的组织控制技术，获得完全自主知识产权，达到并保持国际领先水平，推动我国在高淬透性高强钢大型锻件制造领域实现跨越式发展。
发明内容
本发明的目的是揭示枝晶组织、锻造组织不均匀性、热处理粗晶混晶组织之间的内在联系，突破Ni-Cr-Mo-V系高淬透性高强钢大型锻件的枝晶组织熔铸控制与扩散退火和锻造加工控制、热处理粗晶混晶组织控制等关键技术，建立Ni-Cr-Mo-V系高淬透性高强钢大型锻件的组织控制技术原型，为高性能Ni-Cr-Mo-V系高淬透性高强钢大型锻件的高可靠短流程低成本生产提供技术基础和理论依据，推动我国高淬透性高强钢大型锻件领域的制造技术进步，发明一种基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法。
本发明的技术方案是：
一种基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，其特征在于首先进行成份控制，然后进行锻造和热处理来消除枝晶组织。成份控制时需要控制35CrNi3MoV钢的成分为：Al元素质量百分比含量在0.01%以下，N元素质量百分比含量在90ppm以下；消除枝晶组织的方法为：首先，进行的钢锭电渣重熔，然后将试验钢进行多火次锻造加工，最后对锻件进行正火+回火+正火+调质处理的方法；
所述的多火次锻造包括依次进行的2次镦拔锻造，2次镦拔锻造是指单次镦拔即一镦一拔进行两次，单次镦拔的锻造比为2-4，多火次锻造的总锻造比8。
所述的正火热处理工艺为920℃±10℃×4h ±0.5 h保温后进行空冷。
所述的回火热处理工艺为610℃±10℃×8h ±0.5 h保温后进行油冷回火。
所述的调质处理工艺为860℃±10℃×4h ±0.5 h保温后进行油冷淬火和610℃±10℃×8h ±0.5 h保温后进行油冷回火。
本发明的有益效果：
（1）本发明的基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，采用电渣重熔方法能够减少钢中非金属夹杂,改善钢的热加工性能，提高钢锭的加工成材率。
（2）本发明的基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，一方面，通过多火次锻造后的再结晶，消除了枝晶偏析；另一方面，通过正火+回火+正火的多次热处理消除了组织遗传并通过相变细化了晶粒。
（3）本发明的基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，能够控制Al与N元素的含量，使得Al元素的含量小于0.01%，N元素的含量小于90ppm，降低AlN的生成，降低钉扎作用，枝晶偏析元素均匀化更容易，提高钢的再结晶能力，从而有效消除枝晶偏析。
附图说明
图1是本发明实施电渣重熔、多火次锻造、正火+回火+正火+调质处理过程后电渣锭经过均匀化退火后宏观浸蚀。
图2是本发明实施电渣重熔、多火次锻造、正火+回火+正火+调质处理过程后锻件的金相组织扫描电子显微镜照片。
图3是本发明实施电渣重熔、多火次锻造、正火+回火+正火+调质处理过程后Al元素、N元素超标的电渣锭经过均匀化退火后宏观浸蚀。
图4是本发明实施电渣重熔、多火次锻造、正火+回火+正火+调质处理过程后Al元素、N元素超标的锻件的金相组织扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示。
一种基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，其制备方法：
首先，对35CrNi3MoV钢依次进行钢锭的电渣重熔，控制35CrNi3MoV钢的成分为：Al元素质量百分比含量在0.01%以下，N元素质量百分比含量在90ppm以下；
然后，进行多火次锻造（多火次锻造包括依次进行的2次镦拔锻造，2次镦拔锻造是指单次镦拔即一镦一拔进行两次，单次镦拔的锻造比为2-4，多火次锻造的总锻造比8）
最后进行920℃×4h保温后空冷正火+610℃×8h保温后进行油冷回火+920℃×4h保温后空冷正火+调质处理（860℃×4h保温后进行油冷淬火+610℃×8h保温后进行油冷回火）；经过上述处理后的锻件宏观浸蚀照片（图1）与采用扫面电子显微镜拍摄的金相组织（图2）。
从锻件的金相组织中可以看出：锻件组织内部的夹杂物相对比较少，夹杂物主要为富O、C、Fe、S、Ca和富O、Al、Ca的夹杂物，分别以氧化铁、氧化铝为主。晶粒尺寸在10~30μm，平均尺寸为20μm，细化了晶粒组织。通过控制Al与N元素的含量，使得Al元素的含量小于0.01%，N元素的含量小于90ppm，降低AlN的生成，当Al含量低时，能够降低钉扎作用，枝晶偏析元素均匀化更容易，提高钢的再结晶能力，从而有效消除枝晶偏析。
对比例：
一种35CrNi3MoV钢大型锻件制备方法，35CrNi3MoV的成份为：Al：0.025%，N：32ppm%，Cr：1.30%，Ni：3.07%，Mo：0.47%，V：0.16%。
然后，进行多火次锻造（多火次锻造包括依次进行的2次镦拔锻造，2次镦拔锻造是指单次镦拔即一镦一拔进行两次，单次镦拔的锻造比为2-4，多火次锻造的总锻造比8）
最后进行920℃×4h保温后空冷正火+610℃×8h保温后进行油冷回火+920℃×4h保温后空冷正火+调质处理（860℃×4h保温后进行油冷淬火+610℃×8h保温后进行油冷回火）；经过上述处理后的锻件宏观浸蚀照片（图3）与采用扫面电子显微镜拍摄的金相组织（图4）。
从图中可以看出当Al与N元素超标后，抑制了再结晶，枝晶的偏析依然很严重，影响了锻件的综合性能。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种基于成分控制的35CrNi3MoV钢大型锻件枝晶组织的消除方法，其特征在于需要控制35CrNi3MoV钢的成分为：Al元素质量百分比含量在0.01%以下，N元素质量百分比含量在90ppm以下；枝晶组织的消除方法为：首先，进行钢锭电渣重熔，然后将试验钢进行多火次锻造加工，最后对锻件进行正火+回火+正火+调质处理的方法；所述的多火次锻造包括依次进行的2次镦拔锻造；正火热处理工艺为920℃±10℃×4h ±0.5 h保温后进行空冷正火；所述的回火热处理工艺为610℃±10℃×8h ±0.5 h保温后进行油冷回火；所述的调质处理工艺为860℃±10℃×4h ±0.5 h保温后进行油冷淬火+610℃±10℃×8h ±0.5 h保温后进行油冷回火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的2次镦拔锻造是指单次镦拔即一镦一拔进行两次，单次镦拔的锻造比为2-4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的2次镦拔锻造的总锻造比8。
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