一种42CrMo钢快速球化退火的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种42CrMo钢快速球化退火的方法。
【背景技术】
[0002]我国钢铁行业目前产能严重过剩，同时我国大量进口 12.9级高端螺栓用钢，如发动机缸盖螺栓、连杆螺栓、主轴承盖螺栓、飞轮螺栓等安全等级较高的螺栓钢，这种部件受到高频交变载荷的影响，工作环境恶劣，因此对疲劳寿命指标要求十分苛刻，是一种应用广泛的高端冷镦产品。42CrMo是一种典型的中碳合金钢，其淬透性较高，调质后具有较强的疲劳强度和抗冲击能力，低温冲击韧性良好，且无明显的回火脆性。因此，国内外这种关键部位的高级别螺栓钢主要以42CrMo等冷镦钢为主。这种钢含有一定的金属元素Cr、Mo，能显著提高钢的强度、硬度、耐磨性、淬透性和热强性能，在螺栓成型之前需要球化退火降低硬度、强度，提高塑性及变形能力。球化组织的弥散、细小质量直接影响球化效果，而工业生产中还需要能够快速、有效、简洁的工艺设计流程。
[0003]对于42CrMo钢的退火工艺，目前已公开的专利如下:如CN102329943B号专利，公开了一种大型电渣熔铸42CrMo钢曲轴的热处理方法，其对象为电渣熔铸的曲轴，目的改善坯料原始组织状态及力学性能，达到降低原材料的毛坯重量、缩短生产加工周期；CN101705342B号专利，公开了一种提高42CrMo轴承低温冲击功的热处理工艺，目的能够大幅度地提高风电轴承的低温冲击功及其力学性能，等。
[0004]目前对于钢铁领域的球化退火技术，研究较多的为GCrl5钢、H13钢、齿轮钢、刀具钢等钢种的球化退火技术，如CN102382962B号专利，公开了一种GCr 15轴承钢管快速球化退火工艺；ZL200310110486.6号专利，公开了一种H13钢等温球化退火工艺；CN101363077号专利，公开了一种冷精锻齿轮毛坯等温球化退火工艺；CN102382949A号专利，公开了一种盾构刀具用钢5Cr5MoSiVl的等温球化退火方法；ZL200610057536.2号专利，公开了一种防弹头盔用深冲钢板的球化退火处理工艺，等。
[0005]与本文发明的控制工艺相比，研究对象、目的不一样，具体的控制过程也不一样。由此可见，目前没人研究过42CrMo钢的简单、快速、有效球化退火的方法。
【发明内容】
[0006]针对现有42CrMo钢在球化退火技术上存在的上述问题，本发明提供一种42CrMo钢快速球化退火的方法，通过调整球化退火的保温温度、保温时间和降温速率，提高42CrMo钢的球化退火效率，改善球化退火效果。
[0007]本发明一种42CrMo钢快速球化退火的方法按以下步骤进行:
[0008](I)选用的42CrMo钢为热轧线材，其成分按重量百分比含C:0.38?0.45%，S1:0.17 ?0.37%, Mn:0.50 ?0.80%, S..( 0.030%, P ( 0.030%, Cr:0.90 ?1.20%, Ni:(0.25%, Cu..( 0.030，Mo:0.15 ?0.25%，余量为 Fe ；
[0009](2)将42CrMo钢升温至Ac3以上20?40°C，S卩816?836°C，控制升温时间在10?20min，然后保温20?30min ；
[0010](3)将保温后的42CrMo钢以0.8?4°C /s的速度降温至Ar1以下10°C，即601°C，保温1min ；
[0011](4)再将42CrMo钢升温至Ac3以下15?30°C，即781?766°C，控制升温时间在10?20min，然后再次保温5?7h ;
[0012](5)将再次保温后的42CrMo钢随炉冷却至室温，完成球化退火。
[0013]所选用的热轧线材的直径在5.5?15mm。
[0014]所获得的球化退火后的42CrMo钢的微观组织为铁素体上弥散分布着粒状碳化物，所述的粒状碳化物为球化组织，评级为5?6级。
[0015]所述球化退火后的42CrMo钢，在室温25 °C时，294.2N压力下下保持13s时的宏观维氏硬度在163?171HV之间，拉伸试验时的抗拉强度522?546Mpa，屈服强度481?511Mpa，弹性模量209?225Gpa，断面收缩率为75?82%，断后伸长率20?24%。
[0016]具体工艺过程如图1所示。
[0017]对于步骤2中的第一次保温过程，其原理是通过Ac3以上控制保温温度及保温时间，使42CrMo钢快速奥氏体化，因为实际生产中搭接及非搭接处组织差异很大，现场其它因素也导致组织的复杂化，奥氏体化是为了将原来复杂的组织结构在奥氏体冷却过程中统一转变为简单化、均匀化的组织。控制升温时间、保温温度及保温时间是为了避免奥氏体晶粒的长大或产生异常晶粒。图2、图3为实际生产中复杂且不一致的热轧盘条组织，图2主要为铁素体及珠光体组织，图3主要为贝氏体、马氏体组织，少量铁素体及珠光体组织。
[0018]对于步骤3中的第一次保温后的降温过程，其原理是通过控制奥氏体冷却过程中的冷速，将奥氏体转变成下贝氏体组织及部分马氏体组织。因为马氏体在高温回火时易使碳化物析出长大而形成球化碳化物，这种状态下，球化组织均匀，且球化速率较快，但是过高的马氏体导致硬度较高，导致降低了裂纹萌生的临界值，易于开裂，所以要控制马氏体的生成，由于该钢种对冷速极为敏感，冷却中马氏体组织控制< 40% ;下贝氏体也容易获得均匀细小的球状碳化物；由于珠光体在球化退火中需要长时间保温，冷速的控制应避免珠光体，尤其粗片状珠光体的产生，长时间的保温也很难完全球化，且珠光体球化易使碳化物成片、成堆聚集；冷速的控制还需避免大块状铁素体的生成，大块状铁素体在球化退火的过程中，碳化物很难长距离的扩散到铁素体内部，导致球化退火后，仍存在无渗碳体或少渗碳体区域。
[0019]对于步骤4中的第二次保温过程，其原理是通过在Ac3以下保温一段时间，使渗碳体逐渐球化，通过保温温度、保温时间控制球化率及球化渗碳体的大小。
[0020]技术实施前42CrMo钢的球化组织金相照片如图2所示，可以看出显微组织为铁素体与球化渗碳体，球化级别在4-5级，存在无渗碳体区域及渗碳体聚集区域；技术实施后42CrMo钢的球化组织金相照片如图3所示。
[0021]本发明的方法通过在高温阶段(816?836°C )短时间奥氏体化，然后严格控制降温速度，获得下贝氏体组织及部分马氏体组织，马氏体组织控制< 40%，避免大块状铁素体及粗片状珠光体的生成。再通过一定的温度控制第二次进行球化退火，本发明球化退火时间短，易于控制，球化后42CrMo钢的粒状碳化物细小均匀，硬度明显减小，组织及力学性能均能满足后续的塑性加工成形要求，能够为最终的淬火和回火做好组织准备；本发明的方法具有良好的应用前景。
[0022]本发明和现有技术相比，具有以下特点:1、第一等温平台在Ac3以上20?40°C，完全奥氏体化；2、第一等温平台保温时间短，避免奥氏体晶粒的长大；3、第一等温平台保温后快速冷却，形成下贝氏体组织及部分马氏体组织，马氏体组织控制< 40%，避免大块状铁素体及粗片状珠光体的生成；4、本发明全流程一共需要6?8h左右；5、本发明只存在两个等温平台，保温时间短，流程简单、操作方便、原理清晰。
[0023]本发明具有下列优点和效果:(I)碳化物分布均匀，避免了碳化物的聚集出现。
(2)碳化物颗粒细小，基本消除了短棒状、短片状碳化物。(3)避免了大块铁素体组织的出现；(4)全程时间较短，节约能源；(5)工艺简单、原理清楚，便于工业化生产。
【附图说明】
[0024]图1为具体工艺过程示意图；
[0025]图2为技术实施前42CrMo钢的球化组织金相图；
[0026]图3为技术实施后42CrMo钢的球化组织金相图；
[0027]图4为热轧盘条的常见组织金相图；
[0028]图5为热轧盘条中的硬相组织金相图；
[0029]图6为本发明实施例1中控制冷速得到的金相组织；
[0030]图7为本发明实施例1中球化退火后的42CrMo钢的球化组织金相图；
[0031 ]图8为本发明实施例2中球化退火后的42CrMo钢的球化组织金相图；
[0032]图9为本发明实施例3中球化退火后的42CrMo钢的球化组织金相图。
【具体实施方式】
[0033]本发明实施例中球化退火采用的设备为SX2-6-13D-箱式电阻加热炉。
[0034]本发明实施例中观测球化组织金相图采用的设备为德国蔡司公司的Ax1Imager.M2m正置全自动材料显微镜(北京普瑞赛司仪器有限公司代理)。
[0035]本发明实施例中测量硬度采用430/450SVDTM宏观维氏硬度计。
[0036]本发明实施例中测量力学拉伸采用SANSCMT5000电子机械实验机。
[0037]本发明实施例中测量硬度采用的国家标准为GB/T4340.1_2009。
[0038]本发明实施例中测量球化