[发明专利]一种通过喷淋调控钢铁组织的热处理方法

说明书

本发明公开一种通过喷淋调控钢铁组织的热处理方法，属于钢铁热处理技术领域。本发明所述方法包括：喷淋前热处理过程、喷淋准备过程、喷淋控冷过程、应力释放慢冷过程、等温转变过程、空冷过程。通过喷淋工艺使奥氏体化后的中大型壁厚工件快速且均匀下降至中温区，避开珠光体和铁素体转变曲线，并在中温区进行等温转变调控钢铁基体组织，从而获得较小晶粒尺寸的贝氏体‑马氏体复组织。本发明工艺调控制备的钢铁材料具有较高的强韧性和耐磨性，对于中大壁厚件，可对工件心部至表面进行组织调控，获得百分含量呈梯度分布的马氏体、贝氏体、残余奥氏体组织。

技术领域

本发明涉及一种通过喷淋调控钢铁组织的热处理方法，属于钢铁热处理技术领域。

背景技术

喷淋淬火作为一种先进可控的快冷技术，液滴以一定的流量和流速作用在材料表面，与材料表面形成快速的热交换，加快表面的冷却速度，是淬火工艺研究的热点。传统的淬火冷却方式，是将淬火件完全浸入冷却水中，高温的淬火件会将水汽化并在淬火件表面形成水汽膜覆盖在淬火件表面，降低表面热交换速率，使淬火件冷却速度下降，并且缺点也很明显，水中淬火对温度可控性不佳，使得淬火应力大，工件容易变形开裂。

“一种贝氏体一马氏体复相钢铁分级等温淬火热处理装置(公开号：CN212800447U)”，该装置采用“锯齿状”分级等温淬火获得的贝氏体马氏体组织，将工件奥氏体化后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外温度相近，此方法在操作细节上较模糊，淬火件从奥氏体区冷到贝氏体温度时容易产生较大的相变应力而导致工件淬裂，通过空冷回温来消除应力的效果有待商讨。

中大型壁厚件仍存在诸多热处理难题，对于中大型壁厚件来说，其在表面冷却速度远大于心部的冷却速度，冷却速度不均匀程度很大，例如表面已冷却至相变开始线，心部仍处于高温阶段，此时壁厚件将受到热应力及相变应力的影响。在冷却过程中，冷却速度不一致导致大的应力，使壁厚件产生裂纹萌生，并且在后续的冷却中由于裂纹的扩展导致壁厚件的变形，严重的甚至会导致开裂。

本发明除通过控制喷淋装置的开关和喷淋的压力和液流量等喷淋参数来控制冷却速度、操作性和可控性强外，还能通过间歇式喷淋控温以快速降低淬火时厚大件心部和表面温度差，实现在一定温度区间的等温过程，通过喷淋等温，可使淬火件心部热量快速向表面释放，当表面回温至上限温度时通过开启喷淋降温，此方法可防止厚大件因过快的降温速率而发生淬断和淬裂。

发明内容

本发明公开一种通过喷淋调控钢铁组织的热处理方法，所述方法包括：喷淋前热处理过程、喷淋准备过程、喷淋控冷过程、应力释放慢冷过程、等温转变过程、空冷过程；在奥氏体化后开启喷淋使中大型壁厚工件快速且均匀下降至中温区，避开珠光体和铁素体转变曲线，并在中温区进行等温转变调控钢铁基体组织，从而获得较小晶粒尺寸的贝氏体-马氏体复组织；本发明所述方法调控制备的钢铁材料具有较高的强韧性和耐磨性，对于中大壁厚件，可对工件心部至表面进行组织调控，获得组织含量呈梯度分布的马氏体、贝氏体、残余奥氏体组织。

本发明通过以下技术方案实现，一种通过喷淋调控钢铁组织的热处理方法，包括以下步骤：

(1)喷淋前热处理过程：将锻造后的大壁厚钢铁材料进行完全退火，随炉冷却，随后将大壁厚钢铁材料加热至奥氏体化温度以上100～200℃，保温时间为1～4小时，使基体充分转变为奥氏体组织。

(2)喷淋准备过程：将大壁厚钢铁材料从加热炉中取出，放置在喷淋装置前，确保喷淋装置水流覆盖区域略大于大壁厚钢铁材料表面积最大区域。调试喷淋装置参数：喷淋距离为50～200cm，压力为0.5～6bar，水温为15～80℃，喷淋液为0.2mol/L硫酸镁溶液。