Cr-Mo-V型中碳中合金钢的锻后热处理方法与流程

cr
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mo
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v型中碳中合金钢的锻后热处理方法
技术领域
1.本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种cr
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mo
‑
v型中碳中合金钢的锻后热处理方法。


背景技术：

2.cr
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mo
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v型中碳中合金钢是一种强韧性兼备的中合金钢，由于其具备较高的高温强度、良好的韧性和耐冷热疲劳性能，使用范围十分广泛，主要用于制造冲击载荷大的锻模、热挤压模，精锻模以及各种合金压铸模等，其代表钢种有4cr5mosiv(h11)、dievar、4cr5mosiv1(h13)、8418等。
3.由于该类钢均属于过共析钢，奥氏体稳定性强、热敏感性较高，锻后采用常规的球化退火处理，这种热处理方法常常会出现组织不均匀、晶粒粗大等现象，影响综合力学性能和产品使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于cr
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mo
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v型中碳中合金钢的锻后热处理方法，采用锻后多次相变重结晶平衡态退火 低温水空交替冷却淬火 球化退火的工艺方式有效消除了原有粗大组织遗传，成功解决了cr
‑
mo
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v型中碳中合金钢组织不均匀、晶粒粗大，力学性能不稳定的问题。
5.为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
6.cr
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mo
‑
v型中碳中合金钢的锻后热处理方法，包括：锻件随炉冷却至700～760℃进行一次退火，获得平衡态组织；升温至1010～1040℃保温，奥氏体化重新形核；采用水空交替快速冷却将锻件表面温度降至450℃以下保温；升温至a
c1
以上30～50℃保温，将未熔的条状碳化物熔断球化；降温至珠光体转变区等温，随炉冷却至500℃以下出炉空冷。
7.进一步，钢锭经锻造成型后立即入炉，在≥850℃待料，料齐后迅速升温至1010～1040℃保温10～15小时；然后随炉冷却至700～760℃保温15～20小时，冷却速率≤30℃/h；再次升温至1010～1040℃保温10～15小时，锻造过程中析出的网状碳化物充分溶解，消除原始粗大晶粒；采用水空交替快速冷却将锻件表面温度降至450℃以下，在300～350℃的低温炉中保温6～10小时；升温至840～880℃保温15～20小时，随炉冷却至700～760℃保温20～30小时，最后随炉冷却至500℃以下出炉空冷。
8.进一步，升温至850℃以上的温度待料，例如可以是860℃、870℃、880℃、890℃、900℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。
9.进一步，升温至a
c1
以上30～50℃保温过程中，先升温至640
‑
660℃保温2～5小时，然后升温至840～880℃保温15～20小时，升温速率≤80℃/h。
10.进一步，降温至珠光体转变区长时间等温过程中，先随炉冷却至650
‑
700℃，冷却速率≤15℃/h；然后升温700～760℃，升温速率≤80℃/h，保温20～30小时；随炉冷却至500℃以下出炉，冷却速率≤20℃/h。
11.进一步，升温至1010
‑
1040℃(例如可以是1010℃、1015℃、1020℃、1025℃、1030℃、1035℃、1040℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)，并保温10
‑
15h(例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h、12h、12.5h、13h、13.5h、14h、14.5h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)；
12.进一步，随炉冷却至700
‑
760℃(例如可以是700℃、705℃、710℃、715℃、720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃、750℃、755℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)，并保温15
‑
20h(例如可以是15h、16h、17h、18h、19h、20h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)。
13.进一步，再次升温至1010
‑
1040℃(例如可以是1010℃、1015℃、1020℃、1025℃、1030℃、1035℃、1040℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)，并保温10
‑
15h(例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h、12h、12.5h、13h、13.5h、14h、14.5h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)；
14.进一步，采用水空交替冷却的方式进行锻件表面温度的降低；将锻件表面温度降低至350℃以下(例如可以是345℃、340℃、335℃、330℃、325℃、320℃、315℃、310℃、305℃、300℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)；
15.进一步，在300
‑
350℃(例如可以是345℃、340℃、335℃、330℃、325℃、320℃、315℃、310℃、305℃、300℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)的低温炉中保温6
‑
10h(例如可以是6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、9.5h、10h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)。
16.进一步，升温至840
‑
880℃(例如可以是840℃、845℃、850℃、855℃、860℃、865℃、870℃、875℃、880℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)，并保温15
‑
20h(例如可以是15h、16h、17h、18h、19h、20h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)；
17.进一步，随炉冷却至700
‑
760℃(例如可以是700℃、705℃、710℃、715℃、720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃、750℃、755℃及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)，并保温20
‑
30h(例如可以是20h、21h、22h、23h、24h、25h、26h、27h、28h、29h、30h及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述)。
18.进一步，钢锭为cr
‑
mo
‑
v型中碳中合金钢，质量百分比组分包括：c：0.3
‑
0.5％、mn：0.3
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0.6％、si：0.15
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1.2％、cr：4.7
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5.5％、mo：1.0
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3.0％、v：0.3
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1.2％，其余含量为fe及不可避免的杂质。
19.本发明技术效果包括：
20.与现有技术相比，本发明的cr
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mo
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v型中碳中合金钢具备较高的高温强度、良好的韧性和耐冷热疲劳性能，主要用于制造冲击载荷大的锻模、热挤压模，精锻模以及各种合金压铸模等。本发明采用锻后多次相变重结晶平衡态退火 低温水空交替冷却淬火 球化退火的工艺方式有效消除了原有粗大组织遗传，成功解决了cr
‑
mo
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v型中碳中合金钢组织不均匀、晶粒粗大，力学性能不稳定的问题。本发明利用该工艺能够有效细化该类钢的晶粒，均匀锻后组织，获得均匀细小的粒状珠光体 弥散分布的点状碳化物的理想组织，同时还能消除网状碳化物，降低钢中氢含量，显著提高其综合力学性能及使用寿命。
21.工艺方法在钢号4cr5mosiv1、4cr5mosiv、4cr5mo1v、4cr5mo2v及4cr5mo3v等模具
钢锻件中成熟应用，试验结果稳定，能够获得均匀细小的粒状珠光体 弥散分布的颗粒碳化物的理想组织，显著提高模具钢的综合力学性能，延长模具钢的使用寿命，同时也能够降低钢种氢含量，消除变形应力，降低硬度，改善加工性能。
22.结合4cr5mo3v的材料特性，利用多次相变重结晶，充分均匀组织、细化晶粒。锻后先进行一次完全退火，获得平衡态组织；然后再升温奥氏体化重新形核，而后通过水空交替快速冷却淬火，避免二次碳化物沿晶析出，获得马氏体 贝氏体 碳化物 少量的残余奥氏体组织；而后再在300～350℃低温保温，碳及合金元素进一步扩散再分配，促进组织均匀，同时逐步降低钢中氢含量；此后再升温至ac1以上30～50℃保温，将未熔的条状碳化物熔断球化，获得奥氏体 球状碳化物的组织；最后降温至珠光体转变区长时间等温,获到均匀细小的粒状珠光体 弥散分布的颗粒碳化物的理想组织。
附图说明
23.图1是本发明中cr
‑
mo
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v型中碳中合金钢的锻后热处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
26.如图1所示，是本发明中cr
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mo
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v型中碳中合金钢的锻后热处理方法的工艺流程图。
27.cr
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mo
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v型中碳中合金钢的锻后热处理方法，包括：
28.1、钢锭经锻造成型后立即入炉，在≥850℃待料，料齐后迅速升温至1010～1040℃保温10～15小时；
29.锻后升温至a
cm
以上一定温度奥氏体化，升温奥氏体化重新形核。
30.2、然后随炉冷却至700～760℃保温15～20小时；
31.冷却速率≤30℃/h。
32.随后降温至珠光体转变温度区等温，锻后先进行一次完全退火，获得平衡态组织。
33.3、升温至1010～1040℃保温10～15小时；
34.再又升温至a
cm
(a
cm
：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度)以上一定温度保温一定时间。1010～1040℃温度下长时间保温，可将锻造过程中析出的网状碳化物充分溶解，消除原始粗大晶粒，获得均匀细小的奥氏体 大量颗粒状合金碳化物的两相组织。
35.4、采用水空交替快速冷却将锻件表面温度降至450℃以下，在300～350℃的低温炉中保温6～10小时；
36.后快速冷却至450℃以下，再入炉在450℃以下某一温度范围内保温。
37.通过水空交替快速冷却淬火，避免二次碳化物沿晶析出，获得马氏体 贝氏体 碳化物 少量的残余奥氏体组织；而后再在300～350℃低温保温，碳及合金元素进一步扩散再分配，促进组织均匀，同时逐步降低钢中氢含量。
38.5、升温至840～880℃保温15～20小时；
39.升温速率≤80℃/h。
40.先升温至640
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660℃保温2～5小时；然后升温至840～880℃保温15～20小时。
41.此后再升温至a
c1
(a
c1
：加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度)以上30～50℃保温，将未熔的条状碳化物熔断球化，获得奥氏体 球状碳化物的组织。
42.6、随炉冷却至700～760℃保温20～30小时，最后随炉冷却至500℃以下出炉空冷。
43.先随炉冷却至650
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700℃，冷却速率≤15℃/h；然后升温700～760℃，升温速率≤80℃/h，保温20～30小时；随炉冷却至500℃以下出炉，冷却速率≤20℃/h。
44.升温至a
c1
～a
cm
之间某一温度保温一定时间后随炉冷却至a
c1
以下某一温度下保温；降温至珠光体转变区长时间等温，获到均匀细小的粒状珠光体 弥散分布的颗粒碳化物的理想组织。
45.钢锭为cr
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mo
‑
v型中碳中合金钢，至少包括c元素、mn元素、si元素、cr元素、mo元素或v元素中的任意一种或至少两种的组合，至少包括以下组分：c：0.3
‑
0.5％、mn：0.3
‑
0.6％、si：0.15
‑
1.2％、cr：4.7
‑
5.5％、mo：1.0
‑
3.0％、v：0.3
‑
1.2％，其余含量为fe及不可避免的杂质。
46.其中，c的含量可以是0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.40％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％以及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述；mn的含量可以是0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.40％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％、0.50％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％以及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述；si的含量可以是0.20％、0.25％、0.30％、0。35％、0.40％、0.45％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％、1.00％、1.05％、1.10％、0.15％以及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述；cr的含量可以是4.7％、4.8％、4.9％、5.0％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％以及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述；mo的含量可以是1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％以及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述；v的含量可以是0.3％、、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％以及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再赘述。
47.实施例1
48.1)钢锭经锻造成型后立即入炉，升温至850℃以上的温度待料；
49.2)料齐后至1010℃，并保温10h，然后随炉冷却至700℃，并保温15h；
50.3)再次升温至1010℃，并保温10小时，然后采用水空交替冷却的方式将锻件表面温度降低至350℃以下，再在300℃的低温炉中保温6h；
51.4)然后再升温至840℃，并保温15h，随炉冷却至700℃，并保温20h，最后随炉冷却至500℃左右出炉空冷。
52.实施例2
53.1)钢锭经锻造成型后立即入炉，升温至850℃以上的温度待料；
54.2)料齐后至1040℃，并保温15h，然后随炉冷却至760℃，并保温20h；
55.3)再次升温至1040℃，并保温15小时，然后采用水空交替冷却的方式将锻件表面温度降低至350℃以下，再在350℃的低温炉中保温10h；
56.4)然后再升温至880℃，并保温20h，随炉冷却至760℃，并保温30h，最后随炉冷却至500℃左右出炉空冷。
57.实施例3
58.1)钢锭经锻造成型后立即入炉，升温至850℃以上的温度待料；
59.2)料齐后至1030℃，并保温13h，然后随炉冷却至730℃，并保温18h；
60.3)再次升温至1030℃，并保温12小时，然后采用水空交替冷却的方式将锻件表面温度降低至350℃以下，再在320℃的低温炉中保温8h；
61.4)然后再升温至850℃，并保温15h，随炉冷却至730℃，并保温25h，最后随炉冷却至500℃左右出炉空冷。
62.实施例4
63.1)钢锭经锻造成型后立即入炉，升温至850℃以上的温度待料；
64.2)料齐后至1010℃，并保温10h，然后随炉冷却至700℃，并保温15h；
65.3)再次升温至1010℃，并保温10小时，然后采用水空交替冷却的方式将锻件表面温度降低至350℃以下，再在300℃的低温炉中保温6h；
66.4)然后再升温至840℃，并保温15h，随炉冷却至700℃，并保温20h，最后随炉冷却至500℃左右出炉空冷。
67.实施例5
68.1)钢锭经锻造成型后立即入炉，升温至850℃以上的温度待料；
69.2)料齐后至1010℃，并保温10h，然后随炉冷却至700℃，并保温15h；
70.3)再次升温至1010℃，并保温10小时，然后采用水空交替冷却的方式将锻件表面温度降低至350℃以下，再在300℃的低温炉中保温6h；
71.4)然后再升温至840℃，并保温15h，随炉冷却至700℃，并保温20h，最后随炉冷却至500℃左右出炉空冷。
72.应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
73.申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。