[发明专利]钢铁等温淬火-回火冷却工艺

摘要

一种钢铁等温淬火-回火冷却工艺，用创新思维定义“热处理难度系数”，重新定义“贝氏体转变等温淬火冷却方式”，颠覆“传统单一的冷却方式”。从而颠覆传统钢的淬透性理论，建立崭新的钢的淬透性理论，大大提高了钢的淬透性。钢奥氏体化后，在水中冷却而未冷透，通过回温增大钢表面与水的能量差，来提高再次水冷速度，从而提高钢的淬透性。再回温，利用余热进行等温。进行中高温回火，为避免第二类回火脆性采用水冷而未冷透，又通过回温，利用余热进行二次贝氏体淬火和自回火处理。本发明的技术效果是：节约大量的能源和资源，降低热处理成本，保护环境，减轻工人的劳动强度，提高热处理质量，解决大型工件1/2T处强韧化热处理的淬透性难题，工序合并，节能减排。

主权项

1.一种钢铁等温淬火-回火冷却工艺，其特征是工艺为：(一)淬透性差的钢铁等温淬火加热温度EF按下列原则确定；热处理难度系数N≥300mm，淬火加热温度EF确定比该钢号淬火加热温度高50℃～80℃；热处理难度系数N＜300mm，淬火加热温度EF确定比该钢号淬火加热温度高20℃～50℃；(二)采用两次阶梯预热，减小因加热造成的内应力，为淬火水冷作准备；当加热温度EF为800℃时，则阶梯预热温度AB和CD分别为400℃和600℃；当加热温度EF为950℃时，则阶梯预热温度AB和CD分别为500℃和700℃；当加热温度EF为800℃～950℃之间时，以此类推阶梯AB和CD的预热温度；(三)两次阶梯预热的升温速度OA和BC均为100℃～150℃/h；从600℃～700℃升至800℃～950℃的升温速度DE为150℃～200℃/h；(四)淬火(预热)保温时间；淬火(预热)保温时间按下列公式计算：　　τ总　＝　Kz+Az(Ay)×D×K　　式中 τ总　— 保温过程的总时间（mm）；　　　　Kz(Ky) — 淬火（预热）保温时间基数（min）；　　　　Az(Ay) — 淬火（预热）保温时间系数（min/mm）；　　　　D — 工件有效厚度（mm）；　　　　K — 工件装炉修正系数；(五)确定出炉淬火在质量分数5%～10%NaCl水溶液中冷却时间F1G1；计算工件水冷时间公式：　　　T＝a×N式中　T — 工件水冷时间（min）；　　　N — 热处理难度系数（mm）；　　　a — 冷却系数（min/mm）；　当N≥300mm，碳素钢a值取0.005～0.009mim/mm；合金钢a值取0.002～0.006mim/mm；　当N＜300mm，碳素钢a值取0.008～0.02mim/mm；合金钢a值取0.002～0.015mim/mm；　（六）确定出水后回温到点H的温度为贝氏体转变点以上50℃～100℃，但须低于珠光体转变温度，即C-曲线弯折处温度；当热处理难度系数N≥300mm，回温温度点H取上限；反之，取下限；回温温度升到确定点H，立即入质量分数5%～10%NaCl水溶液中冷却，防止发生珠光体和上贝氏体的转变； （七）确定第二次水冷时间H2I2；当热处理难度系数N≥300mm，确定在质量分数5%～10%NaCl水溶液中冷却时间H2I2为第一次水冷时间F1G1的50%～80%；当热处理难度系数N＜300mm，确定在5%～10%NaCl水溶液中冷却时间H2I2为第一次水冷时间F1G1的40%～70%；　　（八）确定第二次回温温度，实际是确定利用余热进行等温的温度；当热处理难度系数N≥300mm，回温温度JK确定比Ms点高10℃～30℃；当热处理难度系数N＜300mm，回温温度JK确定比Ms点高20℃～40℃；（九）在上述确定的等温温度下，确定等温时间J1K1为贝氏体转变开始和终了线所需时间的50%～70%；回温温度停止上升，工件静置空冷，以确保在等温时间内，降温不低于Ms点，即开始计算等温时间；　　（十）等温后，中、低碳钢、低合金钢采用质量分数5%～10%NaCl水溶液冷却；高碳钢、中合金钢采用快速空冷；高合金钢、高速钢采用空冷；以上冷却至室温，立即转入回火工序；（十一）根据强度和硬度的要求以及其他特殊要求，确定回火温度和保温时间；钢的回火温度与硬度的关系，可以在有关资料中查到，也可以通过试验确定；对于一些重要的结构零件，由于它们具有高的机械性能，回火温度不能仅仅根据硬度来确定；这时，必须通过测定它们在不同温度下回火后的机械性能(强度、塑性、韧性)的试验来确定；回火时间的确定；回火保温时间随炉子类型、工件大小、装炉量多少和对工件的要求而定，其原则是保证透烧、均匀，并沿整个截面获得一致的机械性能；回火保温时间可按经验公式确定： th = Kh + Ah × D式中 th — 回火保温时间(min)； Kh — 回火保温时间基数(min)； Ah — 回火保温时间系数(min/mm)； D— 工件的有效厚度(mm)； 回火保温时间基数Kh与回火保温时间系数Ah见表3；表3回火保温时间基数Kh与回火保温时间系数Ah（十二）如是450℃～650℃回火：采用一次预热，减小产生内应力，为回火后水冷作准备；确定预热温度MN为回火温度PQ的60%～70%，但须避开脆性温度区域，确定预热保温时间M1N1为回火保温时间P1Q1的1.2倍，则回火保温时间P1Q1可减少40%；预热升温LM和回火升温NP的速度均为100℃～150℃/h；　　（十三）为避免出现第二类回火脆性，碳素钢、合金钢采用质量分数5%～10%NaCl水溶液冷却；确定水冷时间Q1R1为淬火时第一次水冷时间F1G1的40℃～80%；　　（十四）确定出水后回温温度，实际是确定利用余热二次贝氏体淬火的等温温度和消除回火后由于水冷处理在工件内部产生内应力的自回火温度，将自回火和二次贝氏体转变等温淬火两道工序合并为一道工序，两道工序合并为一道工序，先要确定：（1）如果是以二次贝氏体转变等温淬火为主，兼顾自回火的原则，确定这一回温温度ST为240℃～280℃；（2）如果是以自回火为主，兼顾二次贝氏体转变等温淬火的原则，确定这一回温温度ST为180℃～240℃；（十五）回温停止上升，立即将工件移至静置空冷至室温，以确保从180℃～280℃降温至160℃不得少于60分钟。