專利名稱：馬氏體型鋼形變退火新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼的熱處理工藝。主要適用于馬氏體型鋼(如高速工具鋼、模具鋼、高淬透性結(jié)構(gòu)鋼和馬氏體不銹鋼等)的鋼錠、中間坯、鋼材和工件在鍛造、熱軋及其它各種形式的熱加工變形之后的退火處理。
通常，上述馬氏體型鋼在各種熱加工變形之后，都是緩冷到室溫，然后進行退火處理。退火的目的是消除由于熱加工和隨后冷卻而產(chǎn)生的各種應力和不良組織，降低硬度，提高塑性，改善鋼中碳化物的分布和形態(tài)，為下一步加工處理準備條件，如為冷機加工和冷拔、冷軋加工等提供硬度和塑性合適的坯料;為下一步熱處理做好組織準備。
為了達到上述目的，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用如下傳統(tǒng)的熱處理工藝〔(S·G考普著《高速鋼的熱處理》冶金工業(yè)出版社，P120～125)、(《熱處理》1973，VoL13，No.1，P61日文)〕(1)對于碳和合金元素含量較高的高速鋼和模具鋼等，由于在熱加工變形之后的冷卻過程中產(chǎn)生了馬氏體相變，所以在退火時，需將坯或材從室溫加熱到相變點(Acl)以上進行高溫退火。一般在高溫保溫約5小時，然后控制溫度緩慢冷卻，冷卻速度約為15～20℃/小時。因此，退火時間很長。
(2)對于淬透性較高的馬氏體型鋼，一般是采用高溫回火方式退火，即從室溫升溫至高達700℃至Acl點之間的某溫度保溫退火。有時需反復幾次，退火硬度才能降下來。
這種傳統(tǒng)的熱處理工藝存在如下缺點(1)熱加工后冷卻到室溫，在鋼中產(chǎn)生了馬氏體相變，容易導致鋼中產(chǎn)生裂紋，造成廢品。所以必須控制冷卻條件，使冷卻速度不致于過快，通常是采用坑冷或堆冷等。但即便這樣，冷卻速度仍難以控制，若不合適，仍會產(chǎn)生裂紋，有時，裂紋率很高。另外，由于鋼中產(chǎn)生了馬氏體相變，還會影響鋼的其它性質(zhì)，如塑性等。
(2)對于多數(shù)的馬氏體型鋼，如高速鋼和模具鋼等，必須進行相變點(Acl)以上的高溫退火，退火溫度在850℃左右，有時高達870～880℃，并需長時間緩慢冷卻，生產(chǎn)周期有時長達60小時以上。這樣，一是周期長，生產(chǎn)效率低，能耗高;二是退火溫度高，使碳化物變粗，影響鋼的組織和性能，影響鋼的使用壽命;同時，還使鋼的脫碳和氧化現(xiàn)象嚴重。
(3)對于淬透性很高的鋼或Acl較低的鋼，雖然是在相變點以下溫度退火，但通常需處理幾次才能使退火硬度降下來，生產(chǎn)周期加長。即使這樣，退火硬度有時仍然較高，未能達到要求。
(4)熱加工后的鋼坯、鋼材或工件堆放在現(xiàn)場冷卻，一是余熱白白散掉，造成浪費;二是使環(huán)境溫度上升，勞動條件較差。
總之，這種傳統(tǒng)工藝的明顯缺點是熱加工變形與隨后的退火處理脫節(jié)，在鋼中產(chǎn)生了馬氏體相變，由此帶來了一系列的問題，造成了浪費和麻煩，并使鋼的某些性能下降。
對于某些高速鋼工件，也有在熱加工之后，直接在750℃左右進行等溫退火處理的。這種處理雖然能使退火硬度達到要求，但鋼中發(fā)現(xiàn)形狀不規(guī)則的二次碳化物沿奧氏體晶界析出，數(shù)量較少，且分布不均勻，影響了鋼的質(zhì)量，并且在實際生產(chǎn)中也難以實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點，提供一種馬氏體型鋼熱加工變形后的退火新工藝。將熱加工變形與隨后的退火處理緊密銜接起來，使得在熱加工后鋼中基本不產(chǎn)生馬氏體相變。這樣，既能避免鋼坯、鋼材或工件在熱加工后產(chǎn)生裂紋，得到合適的退火硬度，又能改善被處理鋼的組織和性能，使鋼中析出的二次碳化物，不但細小彌散，數(shù)量多，而且分布均勻，能夠提高鋼的淬回火硬度，提高塑性;在完全滿足下步工序要求的同時，還能達到節(jié)約能源，減少設備損耗，縮短生產(chǎn)周期和顯著提高經(jīng)濟效益的目的。
本發(fā)明的具體形變退火工藝方案分兩個階段，即第一階段(低溫段)和第二階段(高溫段)。現(xiàn)分述如下(1)第一階段(低溫段)在熱加工之后，將鋼料置于爐中，利用余熱，在該鋼馬氏體相變點溫度Ms至680℃之間的任一溫度下保溫0.5～10小時。
(2)第二階段(高溫段)緊接第一階段，將鋼料由第一階段所進行的保溫溫度升到700至Acl點溫度之間的任一溫度，并保溫2-10小時，隨后爐冷或空冷。
形變退火新工藝第一階段的作用及其溫度范圍選擇依據(jù)如下鋼在熱加工之后冷卻到馬氏體相變點以上溫度至680℃保溫，不產(chǎn)生(或極少產(chǎn)生)馬氏體相變，使二次碳化物均勻形核，這是在低溫段保溫的作用。其上限溫度應保證碳化物能均勻形核，以便鋼中能有較多的細小彌散的二次碳化物析出，且分布均勻;其下限溫度一般應在馬氏體相變點之上。但有時熱加工溫度不高，保溫時間不長，且基體中碳和合金元素含量不高者，既便保溫溫度稍低于馬氏體相變點，有少量馬氏體相變，對鋼的退火硬度和組織影響也不大，仍能滿足要求，但一般不低于馬氏體相變點。
形變退火新工藝第二階段的作用及其溫度選擇依據(jù)在高溫段保溫，完成珠光體轉(zhuǎn)變，消除在熱加工過程中產(chǎn)生的缺陷，使二次碳化物進一步析出、長大，使之彌散的均勻的分布在基體上。這樣，鋼的退火硬度較低，能滿足下步工序(如冷加工藝)的要求;同時，由于退火溫度較低，一次碳化物難以長大，而二次碳化物數(shù)量較多，使鋼在以后的淬火和回火后，得到較高的硬度，保證鋼具有良好的組織和性能。這是在高溫段保溫的作用。其下限溫度應能保證鋼的退火硬度較低，一般可控制在700℃或稍高些;其上限溫度應低于Acl點。由于先在低溫段保溫，二次碳化物能夠均勻形核。既避免了馬氏體相變帶來的不良后果，又避免了不規(guī)則形狀的碳化物沿奧氏體晶界析出，使鋼有較好的塑性。
本發(fā)明是一種特殊的形變熱處理工藝。目前，國內(nèi)外形變熱處理多是用于形變淬火、形變正火等工藝，目的在于提高強度，改善塑性和韌性等，但尚未有形變退火工藝。在熱加工變形之后，在鋼中產(chǎn)生大量的位錯，能夠促使碳化物析出和加速元素擴散。本發(fā)明正是利用了形變誘導碳化物析出和形變加速相變的原理，退火緊接在熱加工之后，在特定的溫度范圍內(nèi)進行，不但能夠降低退火溫度和縮短退火時間，并能得到較好的組織和性能。對于高速鋼和模具鋼這類的高碳高合金馬氏體型鋼，在第二階段保溫之后，碳化物已均勻、彌散地析出，珠光體相變已經(jīng)完成，因此，隨后的冷卻速度可以較快，可以爐冷，甚至空冷，性能完全能滿足要求。然而，傳統(tǒng)的退火工藝必須進行高溫退火，在850℃左右保溫之后，鋼呈奧氏體狀態(tài)，碳化物析出和珠光體轉(zhuǎn)變是在隨后的冷卻過程中進行的，所以冷卻速度必須十分緩慢，使轉(zhuǎn)變較充分地進行，得到較細的組織和較低的硬度，否則，達不到要求。通常的冷卻速度是15～20℃/小時，從850℃冷卻到650℃，需10小時以上，因此，退火時間很長。
形變退火新工藝的具體方案也可見附

圖1。圖中橫座標為時間τ(小時)，縱座標為溫度t(℃)，虛線l為馬氏體相變溫度Ms，虛線2為Acl溫度，虛線3為第一階段(低溫區(qū))保溫的上限溫度680℃，虛線4為第二階段(高溫區(qū))保溫的下限溫度700℃，5為第一階段的保溫時間(0.5～10小時)，6為第二階段的保溫時間(2～10小時)。
采用本發(fā)明形變退火新工藝可取得優(yōu)異的效果第一，退火硬度較低，如高速鋼W9Mo3Cr4V和M2的退火硬度均在HB240以下;第二，鋼中細小的二次碳化物數(shù)量多，且彌散和分布均勻，附圖2為W9Mo3Cr4V鋼經(jīng)本發(fā)明退火處理后的金相組織掃描電鏡照片(倍數(shù)1250×);而附圖3為相同鋼種經(jīng)傳統(tǒng)退火工藝(老工藝)處理后的金相組織掃描電鏡照片(倍數(shù)1250×)，由圖看出，其二次碳化物數(shù)量少;第三，退火后進行淬火和回火，可得到較高的硬度，均能達到HRC67以上，比傳統(tǒng)工藝提高約1HRC;第四，鋼的塑性提高，易于繼續(xù)進行冷加工等，使產(chǎn)品成材率提高。
與傳統(tǒng)的現(xiàn)有退火工藝相比，本發(fā)明形變退火新工藝具有如下優(yōu)越性(1)退火處理緊接在熱加工變形之后進行，使馬氏體型鋼(包括高速工具鋼、模具鋼、高淬透性結(jié)構(gòu)鋼和馬氏體不銹鋼等)在熱加工之后不產(chǎn)生馬氏體相變，避免了裂紋產(chǎn)生，減少了廢品;同時改善了鋼的退火組織和性能，提高鋼的質(zhì)量，使高速鋼的淬、回火硬度提高，且塑性提高，易于繼續(xù)進行冷拔、冷軋壤浼庸け湫?，提高硠x穆省 (2)退火溫度降低，退火時間縮短，并利用余熱，因此，降低了能耗，經(jīng)濟效果顯著。
(3)縮短了生產(chǎn)周期，降低了設備消耗，提高了設備利用率。現(xiàn)有的退火工藝中，退火溫度高，保溫和緩冷時間長，使得生產(chǎn)周期長，設備的有效利用率小，能源消耗和設備消耗都較大。
實施例一采用本發(fā)明的形變退火新工藝對W9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2等鋼號的5種熱軋材進行熱加工后的退火處理。試驗鋼號和熱軋材的熱軋溫度列入表1。上述鋼材熱軋后，進行第一階段的低溫段退火處理，具體退火溫度和時間如表1所示。第一階段保溫之后，并在現(xiàn)有的退火爐上繼續(xù)升溫，開始第二階段的處理。當溫度升到第二階段設定的溫度時，進行保溫，第二階段退火溫度和保溫時間列入表1。第二階段保溫之后，分別進行爐冷或空冷。經(jīng)形變退火后鋼材的退火硬度(HB)和淬回火硬度(HRC)如表2所示。
實施例二本實施例是對供冷軋用的熱軋板坯在熱加工后進行傳統(tǒng)退火工藝和本發(fā)明退火新工藝的對比試驗。這種退火工藝的目的是提高冷軋板坯冷塑性，以便易于冷軋，提高成材率。試驗鋼種均為同一爐的W9Mo3Cr4V高速鋼。
傳統(tǒng)退火工藝如下將在870℃溫度熱軋后的W9Mo3Cr4V鋼坯料堆冷到室溫，然后將坯料放入熱處理爐中，從室溫升溫到850℃，升溫時間為15小時以上，保溫時間為5小時;保溫后以15～20℃/小時的速度從850℃冷卻到550℃，然后再空冷，冷卻時間20小時以上;冷卻完后，需再進行一次冷成形前處理，以便進一步降低屈服強度，增冷塑性。為此，繼續(xù)將坯料放入?；癄t中，并升溫到730～750℃，保溫0.5～2小時。保溫后，逐張出爐風冷至330℃，然后空冷，至整堆坯料出爐完畢，需耗時10小時以上。
上述傳統(tǒng)退火工藝的整個退火處理時間需60小時以上。
將退火完畢的坯料進行冷軋，其成材率為50%。
本發(fā)明退火新工藝如下將在870℃溫度下熱軋后的坯料緊接熱軋后置于熱處理爐中，在450℃溫度進行第一階段退火，保溫時間1小時;保溫之后，緊接著繼續(xù)升溫，進行第二階段的退火處理，退火溫度為780℃，保溫時間為5小時，保溫結(jié)束后，整堆坯料進行爐冷，整個退火處理共耗時20小時。退火后的坯料進行冷軋，其成材率達60.1%。
由該實施例看出，與傳統(tǒng)的退火工藝相比，本發(fā)明退火新工藝所耗的時間大大縮短，至少可縮短20小時以上;并省去了冷成形前的熱處理工藝;成材率提高10%，經(jīng)濟效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種馬氏體型鋼(如高速工具鋼、模具鋼、高淬透性結(jié)構(gòu)鋼和馬氏體不銹鋼等)熱加工變形后的退火新工藝，其特征在于該退火新工藝緊接在熱加工進行；且新工藝分兩個階段進行第一階段是在熱加工之后，利用余熱，在該鋼馬氏體相變溫度Ms至680℃之間的任一溫度進行保溫，第二階段是緊接第一階段保溫后，由第一階段保溫溫度繼續(xù)升溫到700℃至該鋼的Acl溫度之間的任一溫度進行體溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的退火新工藝，其特征在于第一階段的保溫時間為0.5～10小時，第二階段的保溫時間為2～10小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的退火新工藝，其特征在于第二階段結(jié)束時，鋼料可隨后爐冷或空冷。
全文摘要
本發(fā)明系馬氏體型鋼在熱加工變形后的退火新工藝。其特征是分兩個階段進行退火處理第一階段是在熱加工后，利用余熱，在該鋼馬氏體相變溫度Ms至680℃之間的任一溫度保溫；第二階段是在700℃至Ac1溫度之間的任一溫度保溫。它克服了傳統(tǒng)工藝在熱加工后冷卻到室溫，導致馬氏體相變所帶來的一系列弊病。既能避免鋼在熱加工后產(chǎn)生裂紋，得到合適的硬度，又能改善鋼的組織和性能，提高鋼的質(zhì)量和成材率，并能降低能耗。
文檔編號C21D8/00GK1030097SQ87102389
公開日1989年1月4日 申請日期1987年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年4月1日
發(fā)明者羅迪, 邢國華, 王世章, 張恩輝, 蔣昌東, 齊生祥, 孫孝禮, 鄧玉昆 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院, 大連鋼廠