專利名稱：馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法
技術領域：
本發明屬于鐵基合金鋼產品的制造領域，具體地講，本發明涉及一種適于生產用作預硬化的塑料模具鋼鋼材的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法，尤其是涉及一種20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火調質熱處理方法。
背景技術：
·20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼的淬透性較好，一般尺寸的工件加熱到1000°C左右并采用油冷淬火，可以淬透成馬氏體或者馬氏體+貝氏體混合組織。然而，有效尺寸超過150mm的鍛造模塊采用油冷不能保證淬透。如果采用水冷，則可以滿足鍛造模塊的淬透性要求，但是過于激烈的冷卻易于導致鍛造模塊的淬火開裂。在相同的攪拌速度下(5. 67m · s—1),目前使用最多的水和油兩種淬火介質的平均換熱系數的最高值分別是12000Wm_2 -Γ1和6500Wm_2 -Γ1 (參見康大韜、葉國斌發表的《大型鍛件材料及熱處理》[M].，北京龍門書局，1998 397.)。然而，水淬在低溫階段存在因冷速過快導致工件炸裂的風險，而油淬則存在高溫階段冷速不足以及較大的火災風險和油煙造成環境污染等問題，因此，對于淬透性和淬硬性較高的20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼而言，目前缺少滿足淬火速度的適當方法。公開號為CN102392107A的中國專利申請公開了一種20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼的淬火方法，其采用了水和空氣進行不連續淬火，具體是采用輥底式淬火槽先后多次進行空冷+水冷的水-空控時淬火處理。但是該專利申請的適用范圍僅包括厚度為20-90mm、寬度為40-305_的軋制扁鋼，其水冷次數、時間和空冷自回火時間只適合于小型軋制件，這是因為小型軋制件在水冷淬火時橫截面內最大溫差以及由此引起的熱應力不大，淬火安全性較好，實施相對容易。然而，對于厚度超過150mm的鍛造模塊采用該方法，則淬火開裂的危險大得多。公開號為CN101932736A的中國專利申請公開了一種馬氏體類不銹鋼的制造方法，其中提到了采用水冷+空冷+水冷或空冷的方式進行淬火，并具體公開了每次冷卻所要達到的溫度。但是該專利申請的適用范圍僅包括壁厚為5-15_的鋼管，其核心內容主要是通過調整水冷時間(使每次水冷的時間減少)以減少表面回熱需要的時間，以達到提高熱處理效率的目的。而且，該專利申請選擇980°C以下的淬火加熱溫度，奧氏體化程度較低，這樣晶粒細小，淬火開裂的危險減小，但是耐腐蝕性較差。

發明內容
本發明的目的旨在克服上述現有技術中的不足，提供一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法。本發明提供了一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其中，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊是經冶煉、鍛造而成的規格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法包括采用1000°c 1050°c的溫度加熱馬氏體不銹鋼鍛造模塊以進行奧氏體化，然后執行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進行在600°C 650°C的溫度保溫10 20小時的回火工藝，其中，在執行淬火前，將用于進行水冷卻淬火的水槽中的水預熱到40°C以上；執行水-空間隙冷卻淬火的步驟包括根據馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度不同，分別采用2次至4次的水冷，在水冷過程中進行強烈攪拌，每次水冷結束后將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊出水面進行空冷。根據本發明的一個實施例，在執行淬火前將水槽中的水預熱到40°C以上的步驟可以包括根據水槽中的水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與馬氏體不銹鋼鍛造模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到40°C以上。根據本發明的一個實施例，當多個馬氏體不銹鋼鍛造模塊同爐加熱淬火時，在 1000°C 1050°C保溫I. 5h后出第一支料，然后將其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。根據本發明的一個實施例，在執行水-空間隙冷卻淬火的步驟中，可以在最后一次水冷結束后，將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到馬氏體不銹鋼鍛造模塊的表面溫度為50°c 120°C，立即裝爐回火。根據本發明的一個實施例，執行水-空間隙冷卻淬火的步驟可以包括當350mm<馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進行4次水冷，其中，第一次水冷時間為2_5分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷3-6分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷6-10分鐘，第四次水冷時間為O. 5-2分鐘；當300mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 350mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2_4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘；當250mm〈馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 300mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘；當210mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 250mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘；當180_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 210mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2_4分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘；當140_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 180mm時，進行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘；當IOOmm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘。根據本發明的一個實施例，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊通過以下方法得到可以采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝來執行冶煉工藝，出鋼后澆注成鋼錠；壓機對所述鋼錠進行鍛造成，從而得到規格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊。根據本發明的一個實施例，所述鋼錠可以為5 40t的八角鋼錠。根據本發明的一個實施例，所述壓機可以為2000t或4500t壓機，鍛造的熱加工變形量> 4 ;馬氏體不銹鋼鍛造模塊在淬火前經球化退火，并且經超聲波探傷檢驗合格。根據本發明的一個實施例，在冶煉工藝中，可以控制鋼水中的硫含量< O. 010%。
根據本發明的一個實施例，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊可以為20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊。根據本發明的一個實施例，經冶煉工藝獲得的鋼水的組成和質量百分比例可以為 C O. 36 O. 45%, Mn ( O. 80%, Si ( O. 60%, P ( O. 040%, S ( O. 030%,Crl2. 00
14.00%, Ni ^ O. 60%，余量為鐵和不可避免的雜質。根據本發明的一個實施例，在冶煉工藝中，可以控制鋼水中的硫含量彡O. 010%。根據本發明制得的馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調質處理預硬化鍛造模塊能夠全面滿足化學成分、表面-心部硬度以及超聲波探傷質量的要求。



圖I是示出了根據本發明的一個優選實施例的20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法的示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法。具體地講，本發明提供了一種采用水空間隙冷卻淬火對馬氏體不銹鋼鍛造模塊進行熱處理的方法。根據本發明，馬氏體不銹鋼鍛造模塊是指經冶煉、鍛造而成的規格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊。根據本發明的一個實施例，可以通過以下方法制得馬氏體不銹鋼鍛造模塊采用電爐初煉、鋼包精煉和真空去氣(EAF+LF+VD)冶煉，澆注成5 40t (噸)八角鋼錠，利用壓機鍛造并經過退火、銑光以及局部研磨去除表面缺陷后，經過超聲波探傷合格，制得厚度為IOOmm 400mm、寬度為300mm 1300mm的馬氏體不銹鋼大型鍛造模塊。根據本發明的熱處理方法可以適用于20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊，尤其適用于40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊。由于40Crl3在20_40Crl3中含碳量最高，淬火開裂危險性最大，并且是更優選的耐蝕性塑料模具鋼，其耐磨性與耐蝕性性能匹配較好，同時，本領域技術人員應該明白，如果可以對成功地40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊實現熱處理，則20-30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊可以更容易地實現熱處理，所以在本申請中以40Crl3為例對本發明的熱處理方法進行了描述。根據本發明的另一實施例，可以通過以下方法制得40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為CO. 36 O. 45%、Mn彡O. 80%、Si ( O. 60%,P ( O. 040%,S ^ O. 030%,Cr 12. 00 14. 00%,Ni ( O. 60%，余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成5 40t八角鋼錠；將所得的5 40t八角鋼錠在> 3000C的溫度下紅送至加熱爐，加熱到1150°C 1240°C后用壓機鍛造成規格為厚度100 400mm、寬度300 1300mm的模塊，鍛造比彡4，經球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成1.0 8. O米的長度。根據本發明的優選實施例，在進行冶煉時，優選地將硫含量控制成< O. 010% ;鍛造所使用的壓機優選地為2000t或4500t壓機。下面將參照附圖詳細地描述根據本發明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法。
圖I是示出了根據本發明的一個優選實施例的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法的示意圖。在圖I中，在1000-1050°C下執行淬火之前，先對馬氏體不銹鋼鍛造模塊進行加熱，具體地講，先將溫度升高到780-850°C、然后在前述溫度(780-8500C )下保溫一段時間，隨后繼續升溫，其中，在780-850°C保溫是起到預熱作用，以減小奧氏體轉變吸熱帶來的應力，防止鋼件加熱過程出現裂紋。在將馬氏體不銹鋼模塊加熱到預定溫度(例如，1000-1050°C )后，充分其執行淬火熱處理。根據本發明，對按如上所述的方法冶煉、鍛造出的規格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300的馬氏體不銹鋼鍛造模塊采用水空間隙冷卻淬火調質熱處理來進行熱處理。具體地講，采用1000°C 1050°C的溫度進行加熱以奧氏體化，然后執行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進行600°C 650°C保溫10 20小時回火的工藝。根據本發明，熱處理工藝的具體要求如下根據用于進行水冷卻淬火的水槽中的水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到40°C以上；當多個模塊同爐加熱淬火時，在1000°C 1050°C保溫I. 5h完成后出第一支料，·然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大；將模塊出爐空冷到950°C 900°C后入水淬火。根據本發明，執行水-空間隙冷卻淬火的步驟為根據馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度不同，可以分別采用2-4次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，具體的水空間隙淬火冷卻制度如下面的表I所示。表I根據本發明的水-空間隙淬火冷卻制度
S Hi IB'f*=第一次水弟.......次水弟二次水弟四次水
f— 冷時間冷時間工⑶- '冷時間工=_冷時間 畫分鐘分鐘I評分鐘洲分鐘
>350-4002-52-52-43-61-3 6-10 0.5-2
>300-3502-42-51.5-33-51-3___
>250-3002-42-51.5-33-5 0.5-2_
>210-2502-42-51-33-50.5-2
>180-2102-42-41-33-5 0.5-2 _
>140-1801.5-32-40.5-2_____
100-140I 5-32 40.5-2 __在最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度為50°C 120°C，立即裝爐回火。根據本發明，淬火后進行600°C 650°C保溫10-20小時的回火。在本發明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法中，選擇1000°C 1050°C的淬火加熱溫度，是為了使馬氏體不銹鋼達到充分的奧氏體化，保證足夠的淬透性，以滿足厚度超過150_的鍛造模塊心部淬透的需要，并且淬火后的耐腐蝕性可以達到最佳。根據本發明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，在淬火前將水溫加熱到40°C以上，一方面使冷卻速度減慢，避免水冷過于強烈，另一方面也使一個批次3 6個鍛造模塊的淬火效果保持穩定，避免先后淬火的模塊因為同一個水槽中水溫變化導致的性能波動過大。另外，在本發明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法中，根據模塊厚度不同，分別采用2-4次水冷。通過對不同規格工件水淬過程溫度場的數值模擬，每次水冷時間按照表面與心部溫差在450°C以下作為控制目標，而在隨后的每次空冷過程中，模塊內部的熱量傳向表層，使表層的溫度升高“返紅”。根據本發明，水冷次數的選擇是按照最后一次水冷結束后，把鍛造模塊棱角部位的溫度控制在馬氏體不銹鋼的Ms點270°C以下和220°C以上，使模塊棱角部位發生部分馬氏體轉變。隨后，在空冷過程中，心部的熱量傳向棱角部位，使其溫度升高，剛剛轉變的馬氏體發生自回火使韌性和應力狀態得到調整，避免了開裂，而模塊的其他部位都在最后的靜止空冷過程中完成馬氏體和貝氏體轉變，從而實現硬化，這樣在較緩慢的冷卻速度下進行馬氏體和貝氏體轉變使應力減小，同時殘余奧氏體量增加，有利于避免淬火開裂。 此外，根據本發明，淬火后進行600°C 650°C回火，可以達到硬度28-35HRC的預硬化要求。因此，本發明通過采用水空間隙冷卻的淬火方式，在滿足淬透性要求的同時，減小截面溫差而避免水冷導致的淬火開裂，然后進行適當的回火，達到了 20Crl3-40Crl3塑料模具鋼鍛造模塊預硬化的目的。下面給出的實施例擬以對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。實施例I :對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 36%,Mn O. 62%,Si O. 30%,P O. 031%,S O. 010%,Cr 12.0%,Ni O. 11 %、余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成5t八角錠；b、鍛造模塊將5t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1150°C后用2000t壓機鍛造成規格為厚度100mm、寬度300mm的模塊，鍛造比> 4，經球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. O 8. O米長。40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用iooo°c加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到40°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1000°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到950°C后入水淬火。根據模塊的厚度，采用2次水冷，在水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2分鐘，然后空冷3分鐘，再次水冷I分鐘；最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度120°C，立即裝爐回火。
淬火后進行630°C ±5°C，保溫10小時回火后空冷。實施例2 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 40%,Mn O. 41%,Si O. 46%,P O. 025%,S O. 002%,Cr 14. 00%, Ni O. 32%、余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成40t八角錠；b、鍛造模塊將40t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1240°C后用4000t壓機鍛造成規格為厚度400mm、寬度1300mm的模塊，鍛造比> 4，經球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。 40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1050°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1050°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到900°C后入水淬火。根據模塊的厚度，采用4次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷3分鐘，然后空冷3分鐘，第二次水冷2. 5分鐘，然后空冷5分鐘，第三次水冷I. 5分鐘，然后空冷9分鐘，第四次水冷I分鐘；最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度50°C，立即裝爐回火。淬火后進行605°C ±5°C保溫20小時回火后空冷。實施例3 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 45%,Mn O. 26%,Si O. 19%,P O. 030%,S O. 003%,Cr 14. 00%, Ni O. 09%、余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成19t八角錠；b、鍛造模塊將19t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1220°C后用4000t壓機鍛造成規格為厚度280mm、寬度800mm的模塊，鍛造比> 4，經球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1040°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1040°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到920°C后入水淬火。根據模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷3. 5分鐘，第二次水冷2分鐘，然后空冷5分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度80°C，立即裝爐回火。淬火后進行625°C ±5°C保溫18小時回火后空冷。實施例4 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 38%,Mn O. 41%,Si O. 35%,P O. 029%,S O. 005%,Cr 12. 71%,Ni O. 13%、余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成12t八角錠；b、鍛造模塊將12t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1210°C后用4000t壓機鍛造成規格為厚度195mm、寬度700mm的模塊，鍛造比> 4，經球化退火，磨光或 車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1020°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1020°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到930°C后入水淬火。根據模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷3分鐘，第二次水冷1. 5分鐘，然后空冷4分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度95°C，立即裝爐回火。淬火后進行615 °C ± 5 °C保溫20小時回火后空冷。實施例5:對一種30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 29%,MnO. 40%, Si O. 45%,P O. 028%, S O. 007%,Cr 13.21%,Ni O. 11 %、余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成12t八角錠；b、鍛造模塊將12t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1210°C后用4000t壓機鍛造成規格為厚度235mm、寬度700mm的模塊，鍛造比> 4，經球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。30Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1050°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1020°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到930°C后入水淬火。根據模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷2. 5分鐘，第二次水冷I. 5分鐘，然后空冷4分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度95°c，立即裝爐回火。淬火后進行605°C ±5°C保溫15小時回火后空冷。實施例6 對一種20Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到20Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 20%,MnO. 53%, Si O. 42%,P O. 027%, S O. 009%,Cr 13. 19%,Ni O. 09%、余量為鐵和不可避免的雜質；出鋼后澆注成19t八角錠；b、鍛造模塊將12t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1210°C后用4000t壓機鍛造成規格為厚度285mm、寬度650mm的模塊，鍛造比> 4，經球化退火，磨光或·車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長。20Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1030°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火。具體地，根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到約50°C。多個模塊同爐加熱淬火時，在1020°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。出爐空冷到930°C后入水淬火。根據模塊的厚度，采用3次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分鐘，然后空冷3. 5分鐘，第二次水冷2分鐘，然后空冷5分鐘，第三次水冷I分鐘。最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度95 °C，立即裝爐回火。淬火后進行600°C ±5°C保溫12小時回火后空冷。在這里，需要注意的是，在實際的生產操作中由于客觀環境的影響，實際控制的回火溫度可能會出現一定的偏差，但這是在允許范圍之內的，故在該實施例中提到的回火溫度是600°C ±5°C，而其仍落入本發明的保護范圍。實施例7至實施例13 對一種40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊執行水空間隙冷卻淬火熱處理，其中，通過下述步驟得到40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊a、冶煉采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C O. 36 — O. 45%,Mn^0. 80%,Si ^O. 60%,P ^ O. 040%、S^O. 030%, Cr 12. 00 14. 00%, Ni ( O. 60%、余量為鐵；出鋼后澆注成5 40t八角錠，實施例5-11中每個實施例的馬氏體不銹鋼的鋼的組成如下面的表2所示；b、鍛造模塊將5 40t八角錠在彡300°C溫度下紅送至加熱爐，加熱到1150 1240°C后用2000t或4500t壓機鍛造成規格為厚度100 400_、寬度300 1300_的模塊，鍛造比彡4，經球化退火，磨光或車、銑光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91標準B級超聲波探傷檢驗合格后，冷鋸切端面按訂貨要求下料成I. 0-8. O米長度。實施例5至實施例11的40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊的水空間隙冷卻淬火熱處理方法包括下述步驟采用1000 1050°C加熱奧氏體化，然后水-空間隙冷卻淬火，淬火后進行600 650°C保溫10 20小時回火的工藝。工藝要求如下根據槽中水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到40°C以上；多個模塊同爐加熱淬火時，在1000-1050°C保溫I. 5h完成后出第一支料，然后其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大；出爐空冷到950_900°C后入水淬火。
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根據模塊厚度不同，分別采用2-4次水冷，水冷過程中強烈攪拌，每次水冷結束后將模塊吊出水面空冷。實施例5至實施例11的具體的水-空間隙淬火冷卻制度如一面的表I所示。最后一次水冷結束后，將模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到模塊表面溫度為50 120°C，立即裝爐回火。淬火后進行600 650°C保溫10 20小時回火后空冷。表2實施例7-13中的鋼的組成和質量百分比
質量百分比實施實施實施實施實施實施實施 /wt% 例7 例8 例9 例10 例11 例12 例13
C__0.380.390.370.450.360.410.43
Mn0.800.620.580.430.610.320.25
Si__0.510.440.460.320.390.260.33
P__0.0270.0310.0360.0180.0080.0220.037
S__0.0080.0060.0050.0040.0070.0050.010
Cr__12.7513.2312.3112.0613.6512.3513.42
Ni__0.120.080.150.260.090.130.17
鐵余量余量余量余量余量余量余量采用本發明及其實施例1-13制備的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊經淬火+高溫回火調質處理預硬化處理后的機械性能實際值見下面的表3所示。表3本發明的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的機械性能
表面熱處理硬度心部熱處理硬度
(HRC)(HRC)---
標準要求28-3628-36
實際值30-3628-35采用本發明及實施例1-13的熱處理方法制備的20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調質處理預硬化鍛造模塊，晶粒度可達到彡7級(按ASTME112規定進行晶粒度評級)。另外，采用本發明及上述實施例制備的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調質處理預硬化鍛造模塊，化學成分滿足GB/T1220-2007標準要求，超聲波探傷可達到GB/T4162標準的B級要求。此外，采用本發明及上述實施例制備的20Crl3_40Crl3馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調質處理預硬化鍛造模塊，在淬火前無表面缺陷的前提下可以避免淬火裂紋的發生。另外，為了清晰起見，本發明及上述實施例中未具體敘述的技術內容同現有技術。與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果(I)本發明采用上述的水空間隙淬火和600-650°C回火熱處理后，厚度達100 400mm的20_40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊可以獲得28-38HRC的硬度，同一橫截面硬度差值在±2HRC以內；(2)本發明通過電爐、鋼包精煉和真空去氣冶煉后鍛造成20_40Crl3馬氏體不銹鋼模塊，由于采用真空精煉、鍛造變形量足夠大，可以獲得組織致密、成分均勻、顯微純凈度高的模塊鍛件，超聲波探傷質量高，使材料具有經受水冷淬火巨大熱應力沖擊不會開裂的能力；(3)本發明采用水作為淬火介質，避免了油冷帶來的油煙污染和引發火災的隱患，并能充分利用水冷傳熱快速的特點保證大尺寸模塊完全淬透，防止心部出現珠光體組織使20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼耐蝕性降低；(4)本發明采用水空間隙淬火冷卻方式，在水冷一定時間模塊的棱角部位降溫到300 V后，將模塊吊出水面空冷，模塊心部熱量傳出，表面溫度升高，空冷一定時間模塊表面溫度較均勻后再次入水。根據模塊厚度不同，分別進行2-4次水空間隙冷卻，最后一次水冷結束后采用靜止空冷到50-120°C裝爐回火。這樣的冷卻方式使模塊同截面溫差較小，在馬氏體轉變過程中采用靜止空氣中緩慢冷卻增加軟而韌的殘余奧氏體含量，避免了淬火裂紋的發生，經過13批次32個模塊的淬火處理，未出現一次淬火開裂，證實了本發明水空間隙淬火冷卻方式的安全性。本發明不限于上述實施例，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明的實施例進行各種變型和修改。
權利要求
1.一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊是經冶煉、鍛造而成的規格為厚度IOOmm 400mm、寬度300mm 1300mm的模塊，其中，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法包括采用1000°C 1050°C的溫度加熱馬氏體不銹鋼鍛造模塊以進行奧氏體化，然后執行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進行在600°C 650°C的溫度保溫10 20小時的回火工藝， 其中，在執行淬火前，將用于進行水冷卻淬火的水槽中的水預熱到40°C以上； 執行水-空間隙冷卻淬火的步驟包括根據馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度不同，分別采用2次至4次的水冷，在水冷過程中進行強烈攪拌，每次水冷結束后將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊出水面進行空冷。
2.根據權利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在執行淬火前將水槽中的水預熱到40°C以上的步驟包括根據水槽中的水量，準備足夠重量的廢鋼塊，與馬氏體不銹鋼鍛造模塊同時加熱到1000°C后，淬火前加入水中把水預熱到40°C以上。
3.根據權利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，當多個馬氏體不銹鋼鍛造模塊同爐加熱淬火時，在1000°c 1050°C保溫I. 5h后出第一支料，然后將其他模塊回爐保溫950°C，防止晶粒長大。
4.根據權利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在執行水-空間隙冷卻淬火的步驟中，在最后一次水冷結束后，將馬氏體不銹鋼鍛造模塊吊到地面擺放的墊鐵上進行靜止空冷，冷到馬氏體不銹鋼鍛造模塊的表面溫度為50°C 120°C，立即裝爐回火。
5.根據權利要求4所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，執行水-空間隙冷卻淬火的步驟包括 當350_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進行4次水冷，其中，第一次水冷時間為2-5分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷3-6分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷6-10分鐘，第四次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當300_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 350mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為1-3分鐘； 當250_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 300mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當210mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 250mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-5分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當180mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 210mm時，進行3次水冷，其中，第一次水冷時間為2-4分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為1-3分鐘，然后空冷3-5分鐘；第三次水冷時間為O. 5-2分鐘； 當140mm <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 180mm時，進行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘；當100_ <馬氏體不銹鋼鍛造模塊的厚度T ( 400mm時，進行2次水冷，其中，第一次水冷時間為I. 5-3分鐘，然后空冷2-4分鐘；第二次水冷時間為O. 5-2分鐘。
6.根據權利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊通過以下方法得到采用電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝來執行冶煉工藝，出鋼后澆注成鋼錠；壓機對所述鋼錠進行鍛造成，從而得到規格為厚度10Omm 400mm、寬度300_ 1 300mm的模塊。
7.根據權利要求6所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述鋼錠為5 40t的八角鋼錠。
8.根據權利要求6所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述壓機為2000t或4500t壓機，鍛造的熱加工變形量> 4 ;馬氏體不銹鋼鍛造模塊在淬火前經球化退火，并且經超聲波探傷檢驗合格。
9.根據權利要求6所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在冶煉工藝中，控制鋼水中的硫含量< 0.010%。
10.根據權利要求I所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊為20Crl3-40Crl3馬氏體不銹鋼鍛造模塊。
11.根據權利要求10所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，經冶煉工藝獲得的鋼水的組成和質量百分比例為C O. 36 O. 45%,Mn彡O. 80%、Si彡O. 60%、P^O. 040%,S ( O. 030%,Cr 12. 00 14. 00%,Ni ( O. 60%，余量為鐵和不可避免的雜質。
12.根據權利要求10所述的馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其特征在于，在冶煉工藝中，控制鋼水中的硫含量< O. 010%。
全文摘要
本發明提供了一種馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法，其中，所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊是經冶煉、鍛造而成的規格為厚度100mm～400mm、寬度300mm～1300mm的模塊。所述馬氏體不銹鋼鍛造模塊的熱處理方法包括采用1000℃～1050℃的溫度加熱馬氏體不銹鋼鍛造模塊以進行奧氏體化，然后執行水-空間隙冷卻淬火，淬火后進行在600℃～650℃的溫度保溫10～20小時的回火工藝。根據本發明制得的馬氏體不銹鋼淬火+高溫回火調質處理預硬化鍛造模塊能夠全面滿足化學成分、表面-心部硬度以及超聲波探傷質量的要求。
文檔編號C21D1/18GK102899460SQ20121040886
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者謝珍勇, 屈小科, 李偉, 高青松 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司