[发明专利]一种氮合金化耐蚀模具钢的快速扩氢处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业模具用钢的热处理，尤其是指氮合金化耐蚀模具钢锻造模块的扩氢热处理。

背景技术

随着工业技术的迅速发展，国内外制造业广泛采用精密冲压、压力铸造、冷挤压、热挤压等无切削、少切削工艺，模具已成为其主要的成形工具，因此模具行业在世界范围内得到了迅速发展。塑料制品种类繁多，汽车零部件如：灯罩、仪表盘，光学仪器零部件如镜头，家用电器外壳，PVC日用塑料制品等。其中家电外壳使用的塑料是ABS+阻燃剂。某些塑料如聚氯乙烯、氟塑料、阻燃性ABS等，会分解出氯化氢、氟化氢、二氧化硫等腐蚀性气体，对模具有一定的腐蚀作用，因此要求此类塑料制品的模具应具有耐腐蚀性能，马氏体不锈钢应用到了模具钢领域，尤其是近年来新开发的氮合金化耐蚀塑料模具钢在高抛光高耐蚀模具钢领域应用越来越多，已成为国内外竞相开发的高端模具钢产品。

氮合金化耐蚀模具钢为13%Cr马氏体不锈钢，该类钢中合金元素含量高，合金元素Cr含量达到13%，氢原子在钢中的扩散速度慢，白点敏感性大，锻后易产生白点缺陷。为此该钢锻后需进行长时间扩氢处理。厚度为450mm的氮合金化耐蚀模具钢锻制模块扩氢处理时间长达90小时，扩氢时间较长。

传统的扩氢处理采用低温退火工艺，图1为氮合金化耐蚀模具钢锻制模块锻后扩氢处理原工艺曲线：扩氢方法为在氮合金化耐蚀模具钢锻后图1前段的400～500℃-升温-870～ 890℃-降温至690～710℃并保温，保温时间按20h/100mm氮合金化耐蚀模具钢；再降低炉温后将工件出炉。

公开号为CN102181613A 专利申报中所述的扩氢方法为600-650℃保温40-100小时，再降低炉温，待炉温到450℃以下将工件出炉，自然冷却至室温，该扩氢方法为传统的低温扩氢方法，扩氢温度低于相变点AC1温度，无奥氏体相变。扩氢时间较长。

发明内容

为克服氮合金化耐蚀模具钢锻制模块锻后扩氢处理时间长的缺点，本发明提供一种氮合金化耐蚀模具钢锻后快速扩氢处理方法。

本发明提供的技术方案是：一种氮合金化耐蚀模具钢锻后快速扩氢处理方法，在氮合金化耐蚀模具钢锻后升温至690～710℃并保温，保温时间按5～6h/100mm氮合金化耐蚀模具钢；在1-2小时内升温至奥氏体区域820～ 840℃并保温，以使氮合金化耐蚀模具钢表层区域发生奥氏体转变，造成氮合金化耐蚀模具钢表层的氢的溶解度高于内部区域氢的溶解度，在氮合金化耐蚀模具钢的横截面上存在氢的溶解度的梯度；在2-3小时内降温至690～710℃，并保温，保温时间按3～4小时/100mm氮合金化耐蚀模具钢；然后冷却至250℃以下。

本发明在1-2小时内升温至奥氏体区域820～ 840℃后按1h/100mm氮合金化耐蚀模具钢保温。

本发明基于以下原理：

白点缺陷是钢中常见的缺陷，也是一类危害性极强的缺陷，是不允许存在的缺陷。钢中的白点缺陷呈现为边缘清晰，具有银白色光泽的圆形或椭圆形斑点，故称为白点。白点缺陷主要与钢中的氢含量有关，随着钢的温度降低和                                               转变的进行，钢中的氢将变为过饱和并聚集形成氢的偏析区。在氢的偏析区中，随着钢中氢过饱和度的增大与氢原子偏聚程度的加大，氢原子将结合为氢分子。氢分子生成后向周围金属施加压力，当氢分子生成后向周围金属施加压力超过金属的断裂抗力时将造成原有纤维孔隙的扩张形成微小的裂纹，即白点缺陷。

因此降低钢中的氢含量或氢的偏聚是防止钢中产生白点缺陷的有效方法。因氢在珠光体中的溶解度小于在奥氏体中的溶解度，在珠光体组织状态下有大量的氢从奥氏体中脱溶出来成为游离态的氢原子，为扩氢创造了有利条件。因此传统的方法是在珠光体组织状态下长时间保温达到扩氢处理防止白点的目的。

本发明突破了传统的扩氢处理的观点，利用氢在奥氏体中的溶解度高的原理进行扩氢处理。正火处理后先加热使组织转变珠光体，并在此温度下保温扩氢，然后再升温至奥氏体区域（820～840℃），并短时保温，使辊坯表层区域发生奥氏体转变，造成辊坯表层的氢的溶解度高于内部区域氢的溶解度（约高出2倍），在辊坯的横截面上存在氢的溶解度的梯度，其结果是内部的氢原子随着表层由珠光体向奥氏体的转变重新回溶，氢由内部向表层快速迁移，因此提高了氢的扩散速度，达到了快速扩氢的目的。