[发明专利]一种消除碳钢/合金钢中沿晶界析出α相的热处理方法

说明书

本发明提供一种消除碳钢/合金钢中沿晶界析出α相的热处理方法，通过分步高温奥氏体化，两级控温冷却，多次短程往复递减循环淬火，最后进行高温回火以及空冷至室温工艺，使易在晶界析出的α相数量减少甚至消失，进而使工件显微组织均匀，力学性能增强，减少工件早期失效的风险，延长服役寿命，可广泛应用于含碳量为0.5‑0.7wt％的碳钢/合金钢中沿晶界析出α相的数量降低和消除。经过本发明处理的工件具有高性能、高寿命的优点，降低了生产产品的成本，具有较高的经济价值和社会价值，同时符合节能减排的要求，实用性强，适宜推广。

技术领域：

本发明属于热处理工艺技术领域，具体涉及一种消除碳钢/合金钢中沿晶界析出α相的热处理方法。

背景技术：

近年来，随着经济和社会的发展，在满足生态环境可持续发展的前提下，人们对零部件的机械性能提出了更高的要求。现阶段，如何对现有的工业生产方式进行改进，实现产业链节能环保，提高生产效率以及产品质量，已经成为各公司和企业的重要目标。以制造行业为例，利用锻造余热对钢材进行后续热处理，每吨钢材可以节约电能400kW·h，在节约生产成本的同时，还有利于实现“碳达峰，碳中和”的目标，但这个工艺在实际实施过程中，钢材的显微组织内易有α相沿晶界析出，成网状分布，也称为网状α相，会使钢的强度比正常值低，塑性也会降低，极易产生形变断裂，大大影响使用寿命，同时还会降低产品质量。对此虽然许多研究人员进行了理论研究和工艺改进，但效果不甚理想。众所周知，0.5-0.7wt％碳钢/合金钢在石油工业、电力工业、冶金工业以及机械工业等多领域得到广泛的应用，同时也应用于船舶、汽车、基建、航天等方面的精密仪器上，而且呈现出逐年增长的趋势。这类中碳钢极易在热处理过程中出现网状α相，无法实现高强度、高硬度及高疲劳寿命的要求。网状α相的存在已严重阻碍了该类钢及其高品质制品生产和应用。

以60Si2Mn弹簧钢为例，它是应用广泛的中碳硅锰弹簧钢，具有较好的弹性、塑性、硬度及强度。60Si2Mn是我国制造碟簧钢的主要原材料之一，它不仅适用于板簧，还适用于铁道车辆、汽车拖拉机工业上螺旋弹簧、耐热弹簧以及卷制弹簧。在锻造过程中，停锻温度冷却到Ar3线时，会在奥氏体中先析出共析铁素体。但由于锻造的停锻温度高，过冷度过小，在Ac3点以下温度缓慢冷却时，共析铁素会优先在奥氏体晶界上析出，铁素体沿奥氏体晶界长大的速度大于在奥氏体晶内长大的速度，从而形成网状铁素体。网状铁素体会严重分割了珠光体之间的协同作用，使钢的强度远低于正常值，特别是屈服强度。同时，钢的塑性会明显降低，致使60Si2Mn弹簧钢综合性能下降，产生早期失效。网状铁素体会显著增大钢的脆性，冷加工极限也会大大降低，因此消除锻造后极易存在的网状铁素体是至关重要的。

本发明是一种新型热处理工艺，通过独特的冷却方式以及结合特殊的淬火工艺，在满足组织和性能的基础上，可以大部分或完全消除0.5-0.7wt％碳钢/合金钢在生产中沿晶界析出的α相组织，减少工件早期失效的风险，延长服役寿命，具有很高的经济价值和社会价值。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种消除碳钢/合金钢中沿晶界析出α相的热处理方法。

本发明采用以下技术方案：

一种消除碳钢/合金钢中沿晶界析出α相的热处理方法，包括以下步骤：

S1、分步高温奥氏体化：将碳钢/合金钢工件置入加热炉中，将加热炉升温到600～680℃，保温10～15min；随后将加热炉缓慢升温到950～1050℃，保温30～45min；

S2、控制冷却：将S1处理后的工件快速从高温炉中取出，首先进行初级控冷，随后进行二级控冷；

S3、短程往复递减循环淬火：

第一阶段：将S2控冷处理后的工件在淬火液中进行冷却8～10s，接着将工件提出淬火液液面，放置空气中，停留时间与冷却时间一致；重复上述操作a次；