CN107739788A - 一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法，属于合金钢加工工艺技术领域。该方法首先利用现有锻造技术进行锻造加工，然后对锻造后的锻件进行热处理加工，通过控制改善30CrNi3MoV合金钢的正火和淬火温度及保温时间，以及通过工艺处理去除组织遗传，得到良好的去除混晶缺陷的效果。本发明方法能够有效的改善工件的内部组织，减少混晶和晶粒粗大缺陷，解决材料混晶缺陷，提高工件的合格率。

Description

一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法

技术领域：

本发明属于合金钢加工工艺技术领域，具体涉及一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法，该方法对30CrNi3MoV合金结构钢现有的热处理加工工艺进行了改善，以获得组织性能更好的工件。

背景技术：

30CrNi3MoV钢是一种高强度钢，淬透性很高。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。现有30CrNi3MoV合金钢的加工工艺都要经过熔炼、铸锭、锻造、热处理等过程。在锻造加工过程中，锻坯经过加热、锻压成形、切边冲孔、矫正检验等流程，能得到机械零件的形状，而且能改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能。而在热处理加工过程中，固态金属材料通过加热、保温和冷却的手段，包括正火(N)、淬火(Q)、回火(T)工艺，改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能，其特点是改善工件的内在质量。

现有30CrNi3MoV合金钢的热处理加工过程中，还是会产生很多组织缺陷，晶粒粗大且不均匀，即混晶就是其缺陷之一。这主要是是由于由于奥氏体晶粒在高温下随时间延长极易长大，所以如果正火和淬火温度偏高、时间偏长均会导致奥氏体晶粒长大，转变产物也会晶粒粗大，就会很容易产生混晶缺陷。另外30CrNi3MoV钢的合金化程度较高，在锻后冷却过程中易产生不平衡的贝氏体组织，非平衡组织在一定加热条件下，所形成的新的奥氏体晶粒继承和恢复原始粗大晶粒的现象，导致组织遗传。混晶缺陷的存在严重影响大锻件的使用性能和服役水平。能得到晶粒细小、性能适宜的材料是每一位材料工作者的最大目标。随着现代工业的飞速发展，30CrNi3MoV合金钢的需求也会越来越大，发现其在热处理过程产生混晶的原因并且制定消除混晶的措施，对于此钢的生产是相当有必要的。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法。该方法是通过控制改善30CrNi3MoV合金钢的正火和淬火温度及保温时间，以及通过工艺处理去除组织遗传，再加上现有的热处理加工方法有机结合起来而得到特殊的去除混晶缺陷的效果。

本发明提供的一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法具体步骤如下：

(1)利用现有锻造技术将待成形30CrNi3MoV钢进行锻造加工，得到锻造后的工件；

(2)对所述锻造后的工件进行化学成分分析；

(3)对所述锻造后的工件进行退火处理得到退火处理后的工件，退火处理用于消除非平衡组织；

(4)对所述退火处理后的工件进行正火处理得到正火处理后的工件，设定的正火温度T1和正火保温时间t1根据以下公式确定：

t1＝AD/N，

其中：A_C3－亚共析钢加热时，所有铁素体转变为奥氏体的转变温度(℃)，所述30CrNi3MoV亚共析钢加热时，所有铁素体转变为奥氏体的转变温度为780℃，

W_C－碳含量(质量百分比)，

λ－加热系数，取1.5～2.5，

A－保温系数，取3/8～1/2，

N－正火保温修正系数(min/mm)，取5/6～1，

D—工件有效厚度(mm)，D越大N取值越小，反之N取值越大；

(5)对所述正火处理后的工件进行淬火处理得到淬火处理后的工件，设定的淬火温度T2和淬火保温时间t2根据以下公式确定：

t2＝AD/M，

其中：β—比例系数，取1.5～3.6，

M—淬火保温修正系数，取4/5～5/6，D越大M取值越小，反之M取值越大；

(6)最后将所述淬火处理后的工件进行回火处理。

本发明方法，首先利用现有的锻造技术进行热处理加工，然后利用我们提出的新的加工方法对已加工的锻件进行热处理加工。大量实验表明，新的热处理加工工艺相比于现有的加工工艺，可以更有效的改善工件的内部组织，减少混晶和晶粒粗大缺陷，这种加工工艺更有优势。本发明原理：利用锻后的退火处理把不平衡的组织变为铁素体加珠光体的平衡组织；利用本发明提供的公式设定好正火及淬火的温度和保温时间，以防止奥氏体晶粒的异常长大和转变产物晶粒的粗大。

本发明通过锻后的退火处理，可以把非平衡组织的原始组织变成平衡组织，以此来消除组织遗传，精确控制正火和淬火的温度及保温时间会使转变产物变得晶粒均匀。以上的热处理加工方法，可以有效的改善材料的内部组织，解决材料混晶缺陷，提高工件的合格率。

具体实施方式：

制作材质为30CrNi3MoV钢(对应牌号4330钢)的毛坯一件，利用现有的锻造工艺将其加工为圆棒，然后对工件进行化学成分分析和显微组织的分析，其化学成分见下表1。检测结束后把试棒切割成20根大小、形状均一样的试棒，尺寸均为Φ160×400，将20根试棒分成两组，第一组按照现有的热处理工艺处理，即正火+淬火+回火，加热温度均按照现有的工艺要求范围内进行选择，即正火温度：1560℉～1700℉(849～927℃)，淬火温度：1500℉～1600℉(815～871℃)，回火温度：1050℉～1250℉(566～680℃)；正火保温时间：90～120min，淬火保温时间：70～120min，回火保温时间：180～240min。现有工艺具体工艺参数及晶粒度测定结果如下表2所示。在正火工艺结束后，利用金相检测分析试棒的内部显微组织，组织检验结果见下表3。

表1化学成分

化学成分	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	P	S
									质量含量/％	0.33	0.07	0.28	1.47	0.57	3.22	0.008	0.001

表2工艺参数设定及晶粒度测定结果

表3内部组织

序号	锻后组织	正火后组织
			第一组	贝氏体+铁素体+少量珠光体	铁素体+珠光体

显而易见能看出来，第一组的金属试棒的混晶缺陷依然存在，是因为组织遗传现象没有得到消除，且加热温度和保温时间设定的不够合理，所以经过热处理后仍存在混晶及晶粒偏大的问题，

第二组采用本发明提供的新的热处理加工方法处理，即退火+正火+淬火+回火。在把锻后的工件利用完全退火工艺消除组织遗传的现象，完全退火温度为820℃，保温时间为240分钟。再根据上文提到的温度和保温时间设定的公式控制好加工温度来进行余下的热处理工艺，经本发明提供的公式经过计算后，正火温度T1＝850～870℃，保温时间t1＝60～96min；淬火温度为T2＝823～843℃，保温时间t2＝72～100min，淬火加热温度和保温时间与现有工艺一致。具体工艺参数及晶粒度测定结果如下表4所示。在退火工艺结束后检测其内部显微组织，组织检验结果见下表5。

表4工艺参数设定及晶粒度测定结果

表5内部组织

序号	锻后组织	退火后组织
			第二组	贝氏体+铁素体+少量珠光体	铁素体+珠光体

第二组试棒经过新的加工方法处理后，原始组织为不平衡的纤维组织经退火处理变成了铁素体+珠光体的平衡组织，且设定了合适的加热温度和保温时间，晶粒变得细小且混晶缺陷得到了有效地解决。

对照表不难看出，两组试棒的实验结果表明了采用本发明所提供的新的合金钢的加工方法，热处理过后的晶粒粗大问题不但得到了改善，而且从根本上解决了混晶的问题，验证了这种合金钢新的热处理加工方法的可行性和优越性。

Claims (1)

1.一种消除30CrNi3MoV合金钢混晶缺陷的热处理加工方法，其特征在于该方法具体步骤如下：

(1)利用现有锻造技术将待成形30CrNi3MoV钢进行锻造加工，得到锻造后的工件；

(2)对所述锻造后的工件进行化学成分分析；

(3)对所述锻造后的工件进行退火处理得到退火处理后的工件，退火处理用于消除非平衡组织；

(4)对所述退火处理后的工件进行正火处理得到正火处理后的工件，设定的正火温度T1和正火保温时间t1根据以下公式确定：

<mrow> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mn>100</mn> <msub> <mi>W</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <mn>8</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>200</mn> <msub> <mi>W</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>0.1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mn>0.01</mn> </mfrac> </msqrt> <mo>,</mo> </mrow>

t1＝AD/N，

其中：A_C3－亚共析钢加热时，所有铁素体转变为奥氏体的转变温度(℃)，所述30CrNi3MoV亚共析钢加热时，所有铁素体转变为奥氏体的转变温度为780℃，

W_C－碳含量(质量百分比)，

λ－加热系数，取1.5～2.5，

A－保温系数，取3/8～1/2，

N－正火保温修正系数(min/mm)，取5/6～1，

D—工件有效厚度(mm)，D越大N取值越小，反之N取值越大；

(5)对所述正火处理后的工件进行淬火处理得到淬火处理后的工件，设定的淬火温度T2和淬火保温时间t2根据以下公式确定：

<mrow> <mi>T</mi> <mn>2</mn> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mn>30</mn> <mo>+</mo> <mi>&amp;beta;</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>100</mn> <msub> <mi>W</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>0.5</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.01</mn> </mfrac> </msqrt> <mo>,</mo> </mrow>

t2＝AD/M，

其中：β—比例系数，取1.5～3.6，

M—淬火保温修正系数，取4/5～5/6，D越大M取值越小，反之M取值越大；

(6)最后将所述淬火处理后的工件进行回火处理。