[发明专利]改变显微组织中网状针状铁素体的合金渗碳钢预处理方法

说明书

本发明公开一种改变合金渗碳钢预处理显微组织中网状和针状铁素体的高效节能预处理方法,将锻轧后的合金渗碳钢零件连续经过初次冷却‑保温、至少一次中间冷却‑保温和末次冷却‑保温，最后冷却至合金渗碳钢零件平衡相图珠光体转变温度区。本发明的合金渗碳钢零件预热处理方法,使合金渗碳钢预处理显微组织中的网状和其他非块状形貌的先共析铁素体变成块状铁素体，以易于零件后续切削加工和渗碳淬火变形的控制，工序简单，且可以大量节能。

技术领域

本发明属于结构材料热加工技术领域，特别是一种改变显微组织中网状针状铁素体的合金渗碳钢预处理方法。

背景技术

长期以来,高能耗和高耗时一直是困扰结构材料热加工制备技术领域的一个难题？如何高效的利用热加工过程中不同阶段的温度，合理解决相变过程中所需要的各种显微组织和性能，从而不仅保证和提高了产品的质量，还可以降低成本，绿色环保就变成了制造业目前最迫切需要解决的最重要的问题。

以汽车的渗碳齿轮为例，目前都是要通过若干高耗能的热加工工序(高温锻造和轧制、等温正火、渗碳淬火)和非常耗时的冷加工工序(粗车、滚齿、磨齿)等来完成，以保障非常高的尺寸精度(较小变形以减少噪音)和较高的表面硬度(以保障可靠性和耐久性)。如果能够去掉热加工工序中的等温正火工序的重新加热奥氏体化(920-950度)最耗能部分，不仅可以达到节能减排方面的要求，而且还可以由于毛坯变形减少进一步降低后续冷加工对环境的污染。

实践表明，如果不需要再重复的加热来奥氏体化，减少了重新高温加热工序，每吨钢仅电能就可以节省400-520kwH。以一家中型锻造加工企业年产量20000吨为例，一年可以节省608-790万人民币；如果按照全国有3000家同等规模锻造厂来计算，一年可以为国家节能240-312亿度电，共可节省182-237亿元人民币。三峡水电工程的2016年总发电量为870亿千瓦时，理论节省电量接近其年发电总量的(4/29至3/14)。而著名核电站大亚湾核电站2014年的发电总量为484亿千瓦,节省电量接近其年发电总量的(1/5至1/3)。节约电量可相当于数十座普通大容量发电站。以时速350公里动车组功率8800千瓦时，全国共2500条高铁车头为例，节约用电量可供所有车头跑1090个小时。而从环保的角度来讲，以1万吨煤可产生0.26597亿千万时电能为例，若该部分电能均来自于火力发电，节约电量可代表(902.36或1173.07)万吨煤，可减少(2054.8或2671.24)万吨二氧化碳排放，相当于(1.85或2.4)亿棵30年的红杉树的年净化量。可见高效节能连续热处理后的社会效益显著。

然而，高效节能热处理方法和工艺在预处理方面的应用一直不能被市场完全接受有以下难点需要解决：

第一，如何合理利用相变过程的复杂性来规避不期望的相变产物；

第二，如何对粗晶条件下的相变区间实现高效精确的控制；

第三，如何快速高效完成所需相变过程而不浪费时间。

由于国外对先进的热处理技术进行保密和设备的垄断，国产的合金渗碳钢预处理装备目前几乎都是“伪连续热处理”生产线；这些“伪连续热处理”生产线虽然在节能环节有一定效益，但生产出的产品根本无法达到预期的效果和稳定性。那些所谓利用连续热处理工艺和装备的厂商也承认，他们只是名义上称谓为利用连续热处理，实际上只能实现普通热处理生产线的一般结果，其生产制件的质量由于锻轧后直接正火控制和衔接问题，根本不能被用户所认可。其主要原因有以下两方面，首先就是该技术和设备无法保证精确控制显微组织，只能保证控制异常组织(非平衡组织马氏体、贝氏体，网状铁素体，针状铁素体等)在10％以下，而不是没有。从而带来“后续加工刀具易损”、“零件变形”和“产品品质不一致”等一系列的问题，是汽车生产商所无法接受的。其次，由于齿轮坯停锻或停轧温度较高，处于高温奥氏体状态时间较长，其奥氏体晶粒很粗大，后续的连续热处理又没有得到精确的控制，造成锻坯的切削加工性能降低，并最终影响渗碳后零件的精度和使用性能。