CN1594603A - 解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热处理方法，具体为解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法。该热处理方法淬火时，将中碳合金钢加热到F－Fe3C相图的F+A区域，然后用水冷却。本发明所述的热处理方法突破了传统的消除中碳合金钢带状偏析热处理工艺的思路。为一种全新的消除中碳合金钢带状偏析热处理工艺。经本发明所述方法淬火后，将获得均一的马氏体组织，消除了带状组织。热处理后的中碳合金钢的综合力学性能有明显提高，特别是冲击韧性有了明显的提高。

Description

解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，具体为解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法。
背景技术
中碳合金钢存在化学成分的带状偏析，目前采用淬火方法来消除带状偏析。传统的淬火方法为将中碳合金钢加热到F-Fe3C相图的A区，将钢完全奥氏体化，然后用大于临界冷却速度冷却，得到马氏体组织。现有技术用油淬火，由于化学成分的带状偏析的存在，用油淬火时含合金元素高的带区，油的冷却速度大于其临界冷却速度，获得马氏体组织；而合金元素含量低的带区，油的冷却速度低于该区域的临界冷却速度，获得非马氏体组织，钢在淬火后获得马氏体和非马氏体组织呈带状分布的带状组织，以致使钢的力学性能偏低。为避免上述由于材料成分的带状偏析造成的带状组织，在淬火前必须先对钢进行高温(1150-1250℃)长时间(15-30小时)的扩散退火，首先将带状偏析进行均匀化，以降低带状偏析的程度或消除带状偏析，然后再进行淬火。这样，不但增加了热处理工序，而且扩散退火能耗极高，且最终的均匀化效果仍不理想。
发明内容
本发明针对现有消除中碳合金钢带状偏析的热处理方法，必须先进行高温、长时间的扩散退火，因而带来的热处理工序复杂、能耗极高的问题，提供一种新的解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法，淬火时，将中碳合金钢加热到F-Fe3C相图的F+A区域，然后用水冷却。中碳合金钢加热到F-Fe3C相图的F+A区域，获得均匀的奥氏体加少量的铁素体，然后用水冷却，由于水的冷却速度比油快得多，因此，水的冷却速度将大于贫合金元素带的临界冷却速度，使贫合金元素带和富合金元素带均获得马氏体组织。
本发明所述的热处理方法突破了传统的消除中碳合金钢带状偏析热处理工艺的思路。为一种全新的消除中碳合金钢带状偏析热处理工艺。经本发明所述方法淬火后，将获得均一的马氏体组织，消除了带状组织。热处理后的中碳合金钢的综合力学性能有明显提高，特别是冲击韧性有了明显的提高。
在两相区淬水，奥氏体中有部分铁素体存在，使得铁素体带中奥氏体的含碳量有所增加，贝氏体转变区相对于常规淬火右移，更重要的是水在高温区的冷却速度比油高4-5倍，因此，中温区不发生贝氏体转变，但有可能进入下贝氏体转变区而发生少量的下贝氏体转变。因此，采用本发明所述方法处理后的中碳合金钢具有的强韧性是由于以下几个方面因素作用的结果：1、消除了常规淬火的上贝氏体组织，获得强韧性的细板条马氏体组织，少量的下贝氏体组织更有利于材料的强韧性；2、由于本发明所述方法的淬火温度与常规淬火温度低。细化了奥氏体晶粒，提高了材料的强韧性；3、本发明所述方法保留了细小弥散分布的铁素体，提高了材料的冲击韧度。
附图说明
图1为用于显示加热区域的简单F-Fe3C相图；
图2为42CrMo退火态光学显微组织图；
图3为42CrMo采用本发明所述方法水淬后的光学显微组织图；
图4为42CrMo采用本发明所述方法水淬后的透射电镜组织图(细板条马氏体，40000×)；
图5为42CrMo采用本发明所述方法水淬后的透射电镜组织图(下贝氏体，40000×)；
图6为42CrMo采用常规油淬后的透射电镜和扫描电镜组织图(粗板条马氏体，40000×)；
图7为42CrMo采用常规油淬后的透射电镜和扫描电镜组织图(孪晶马氏体，40000×)；
图8为42CrMo采用常规油淬后的透射电镜和扫描电镜组织图(上贝氏体，20000×)；
图9为42CrMo采用本发明所述方法水淬后，再进行常规回火后的光学显微组织图(回火索氏体)；
具体实施方式
以φ35×180的42CrMo圆钢为例，原始状态为轧制状态。
                42CrMo圆钢化学成分和临界点
化学成分(wt％) 临界点(℃)
  C     Si    Mn    Cr    Mo    Cu     P      S  Ac1  Ac3
 0.40  0.30  0.63  1.00  0.20  0.08  0.022  0.006  730  800
将42CrMo圆钢试样退火后在常常显微镜下观察其带状组织(见图2)，有明显的带状组织结构。
然后，取两组42CrMo圆钢试样，在箱式炉中分别进行常规淬火(850℃×60分钟油冷)和本发明所述方法的淬火(780℃×60分钟水冷)，并进行常规回火。取不同试样进行力学试验和金相分析。
采用本发明所述方法：图3显示了采用本发明所述方法水淬后的光学显微组织图，图中可以看出，处理后的显微组织为马氏体加少量的铁素体，显微组织较均匀，已基本消除了带状组织；再经过常规回火(560℃回火)，得到图9的光学显微组织图，此时，显微组织为均匀的回火索氏体，显微组织更加均匀、致密。在透射电镜下可进一步观察到(见图4、图5)，淬火后的显微组织为细板条马氏体和少量的下贝氏体且组织均匀，正是由于细板条马氏体和少量的下贝氏体的存在有利于材料的强韧性；
常规淬火：图6、图7、图8为常规淬火后透射电镜下的显微组织。可以看出，显微组织包含粗板条马氏体(图6)、孪晶马氏体(图7)和上贝氏体(图8)，有明显的带状组织存在。因此，在常规淬火前必须进行高温、长时间的扩散退火，来首先消除带状组织。
常规淬火与不同原始状态下的两相区淬火后力学性能比较
热处理工艺 原始状态  σb(Mpa)  σs(Mpa)    δ5(％)     ψ(％)     αk(J/cm2)
 常规淬火(850℃淬油+560℃回火) 轧制 1143 不明显 14 54 66
两相区淬火(850℃淬水+560℃回火) 轧制   1106 不明显     15     54      88
正火   1113 不明显     16     56      95
调质   1132 不明显     15     56      102
可以看出，两相区淬火后的材料综合力学性能，特别是冲击韧度(αk)有明显提高。
总之，42CrMo原材料带状组织，造成钢调质后带状组织，致使其综合力学性能偏低。传统的扩散退火消除带状组织的方法不但工序繁琐、生产周期长、能耗高，在实际生产中并不实用。
42CrMo钢在两相区加热水淬，消除了韧性极差的上贝氏体组织和调质后的带状组织，提高了其综合力学性能。
本发明所述的热处理方法适用于解决各种中碳合金钢原材料带状组织缺陷对钢热处理后力学性能造成的不良影响，明显提高其综合力学性能。

Claims (1)

1、一种解决中碳合金钢带状组织缺陷的热处理方法，其特征为：淬火时，将中碳合金钢加热到F-Fe3C相图的F+A区域，然后用水冷却。
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