专利名称：马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法
技术领域：
本发明属于铁基合金钢产品的制造领域，具体地讲，本发明涉及一种适于生产用作预硬化的塑料模具钢钢材的马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法，尤其是涉及一种20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火调质热处理方法。
背景技术：
·20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢的淬透性较好，一般尺寸的工件加热到1000°C左右并采用油冷淬火，可以淬透成马氏体或者马氏体+贝氏体混合组织。然而，有效尺寸超过150mm的锻造模块采用油冷不能保证淬透。如果采用水冷，则可以满足锻造模块的淬透性要求，但是过于激烈的冷却易于导致锻造模块的淬火开裂。在相同的搅拌速度下(5. 67m · s—1),目前使用最多的水和油两种淬火介质的平均换热系数的最高值分别是12000Wm_2 -Γ1和6500Wm_2 -Γ1 (参见康大韬、叶国斌发表的《大型锻件材料及热处理》[M].，北京龙门书局，1998 397.)。然而，水淬在低温阶段存在因冷速过快导致工件炸裂的风险，而油淬则存在高温阶段冷速不足以及较大的火灾风险和油烟造成环境污染等问题，因此，对于淬透性和淬硬性较高的20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢而言，目前缺少满足淬火速度的适当方法。公开号为CN102392107A的中国专利申请公开了一种20Crl3_40Crl3马氏体不锈钢的淬火方法，其采用了水和空气进行不连续淬火，具体是采用辊底式淬火槽先后多次进行空冷+水冷的水-空控时淬火处理。但是该专利申请的适用范围仅包括厚度为20-90mm、宽度为40-305_的轧制扁钢，其水冷次数、时间和空冷自回火时间只适合于小型轧制件，这是因为小型轧制件在水冷淬火时横截面内最大温差以及由此引起的热应力不大，淬火安全性较好，实施相对容易。然而，对于厚度超过150mm的锻造模块采用该方法，则淬火开裂的危险大得多。公开号为CN101932736A的中国专利申请公开了一种马氏体类不锈钢的制造方法，其中提到了采用水冷+空冷+水冷或空冷的方式进行淬火，并具体公开了每次冷却所要达到的温度。但是该专利申请的适用范围仅包括壁厚为5-15_的钢管，其核心内容主要是通过调整水冷时间(使每次水冷的时间减少)以减少表面回热需要的时间，以达到提高热处理效率的目的。而且，该专利申请选择980°C以下的淬火加热温度，奥氏体化程度较低，这样晶粒细小，淬火开裂的危险减小，但是耐腐蚀性较差。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法。本发明提供了一种马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其中，所述马氏体不锈钢锻造模块是经冶炼、锻造而成的规格为厚度IOOmm 400mm、宽度300mm 1300mm的模块，所述马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法包括采用1000°c 1050°c的温度加热马氏体不锈钢锻造模块以进行奥氏体化，然后执行水-空间隙冷却淬火，淬火后进行在600°C 650°C的温度保温10 20小时的回火工艺，其中，在执行淬火前，将用于进行水冷却淬火的水槽中的水预热到40°C以上；执行水-空间隙冷却淬火的步骤包括根据马氏体不锈钢锻造模块的厚度不同，分别采用2次至4次的水冷，在水冷过程中进行强烈搅拌，每次水冷结束后将马氏体不锈钢锻造模块吊出水面进行空冷。根据本发明的一个实施例，在执行淬火前将水槽中的水预热到40°C以上的步骤可以包括根据水槽中的水量，准备足够重量的废钢块，与马氏体不锈钢锻造模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到40°C以上。根据本发明的一个实施例，当多个马氏体不锈钢锻造模块同炉加热淬火时，在 1000°C 1050°C保温I. 5h后出第一支料，然后将其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。根据本发明的一个实施例，在执行水-空间隙冷却淬火的步骤中，可以在最后一次水冷结束后，将马氏体不锈钢锻造模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到马氏体不锈钢锻造模块的表面温度为50°c 120°C，立即装炉回火。根据本发明的一个实施例，执行水-空间隙冷却淬火的步骤可以包括当350mm<马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 400mm时，进行4次水冷，其中，第一次水冷时间为2_5分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为2-4分钟，然后空冷3-6分钟；第三次水冷时间为1-3分钟，然后空冷6-10分钟，第四次水冷时间为O. 5-2分钟；当300mm <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 350mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2_4分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为1-3分钟；当250mm〈马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 300mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2-4分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为O. 5-2分钟；当210mm <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 250mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2-4分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为1-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为O. 5-2分钟；当180_ <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 210mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2_4分钟，然后空冷2-4分钟；第二次水冷时间为1-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为O. 5-2分钟；当140_ <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 180mm时，进行2次水冷，其中，第一次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷2-4分钟；第二次水冷时间为O. 5-2分钟；当IOOmm <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 400mm时，进行2次水冷，其中，第一次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷2-4分钟；第二次水冷时间为O. 5-2分钟。根据本发明的一个实施例，所述马氏体不锈钢锻造模块通过以下方法得到可以采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺来执行冶炼工艺，出钢后浇注成钢锭；压机对所述钢锭进行锻造成，从而得到规格为厚度IOOmm 400mm、宽度300mm 1300mm的模块。根据本发明的一个实施例，所述钢锭可以为5 40t的八角钢锭。根据本发明的一个实施例，所述压机可以为2000t或4500t压机，锻造的热加工变形量> 4 ;马氏体不锈钢锻造模块在淬火前经球化退火，并且经超声波探伤检验合格。根据本发明的一个实施例，在冶炼工艺中，可以控制钢水中的硫含量< O. 010%。
根据本发明的一个实施例，所述马氏体不锈钢锻造模块可以为20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢锻造模块。根据本发明的一个实施例，经冶炼工艺获得的钢水的组成和质量百分比例可以为 C O. 36 O. 45%, Mn ( O. 80%, Si ( O. 60%, P ( O. 040%, S ( O. 030%,Crl2. 00
14.00%, Ni ^ O. 60%，余量为铁和不可避免的杂质。根据本发明的一个实施例，在冶炼工艺中，可以控制钢水中的硫含量彡O. 010%。根据本发明制得的马氏体不锈钢淬火+高温回火调质处理预硬化锻造模块能够全面满足化学成分、表面-心部硬度以及超声波探伤质量的要求。
图I是示出了根据本发明的一个优选实施例的20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法的示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法。具体地讲，本发明提供了一种采用水空间隙冷却淬火对马氏体不锈钢锻造模块进行热处理的方法。根据本发明，马氏体不锈钢锻造模块是指经冶炼、锻造而成的规格为厚度IOOmm 400mm、宽度300mm 1300mm的模块。根据本发明的一个实施例，可以通过以下方法制得马氏体不锈钢锻造模块采用电炉初炼、钢包精炼和真空去气(EAF+LF+VD)冶炼，浇注成5 40t (吨)八角钢锭，利用压机锻造并经过退火、铣光以及局部研磨去除表面缺陷后，经过超声波探伤合格，制得厚度为IOOmm 400mm、宽度为300mm 1300mm的马氏体不锈钢大型锻造模块。根据本发明的热处理方法可以适用于20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢锻造模块，尤其适用于40Crl3马氏体不锈钢锻造模块。由于40Crl3在20_40Crl3中含碳量最高，淬火开裂危险性最大，并且是更优选的耐蚀性塑料模具钢，其耐磨性与耐蚀性性能匹配较好，同时，本领域技术人员应该明白，如果可以对成功地40Crl3马氏体不锈钢锻造模块实现热处理，则20-30Crl3马氏体不锈钢锻造模块可以更容易地实现热处理，所以在本申请中以40Crl3为例对本发明的热处理方法进行了描述。根据本发明的另一实施例，可以通过以下方法制得40Crl3马氏体不锈钢锻造模块采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为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%，余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成5 40t八角钢锭；将所得的5 40t八角钢锭在> 3000C的温度下红送至加热炉，加热到1150°C 1240°C后用压机锻造成规格为厚度100 400mm、宽度300 1300mm的模块，锻造比彡4，经球化退火，磨光或车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成1.0 8. O米的长度。根据本发明的优选实施例，在进行冶炼时，优选地将硫含量控制成< O. 010% ;锻造所使用的压机优选地为2000t或4500t压机。下面将参照附图详细地描述根据本发明的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法。
图I是示出了根据本发明的一个优选实施例的20Crl3_40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法的示意图。在图I中，在1000-1050°C下执行淬火之前，先对马氏体不锈钢锻造模块进行加热，具体地讲，先将温度升高到780-850°C、然后在前述温度(780-8500C )下保温一段时间，随后继续升温，其中，在780-850°C保温是起到预热作用，以减小奥氏体转变吸热带来的应力，防止钢件加热过程出现裂纹。在将马氏体不锈钢模块加热到预定温度(例如，1000-1050°C )后，充分其执行淬火热处理。根据本发明，对按如上所述的方法冶炼、锻造出的规格为厚度IOOmm 400mm、宽度300mm 1300的马氏体不锈钢锻造模块采用水空间隙冷却淬火调质热处理来进行热处理。具体地讲，采用1000°C 1050°C的温度进行加热以奥氏体化，然后执行水-空间隙冷却淬火，淬火后进行600°C 650°C保温10 20小时回火的工艺。根据本发明，热处理工艺的具体要求如下根据用于进行水冷却淬火的水槽中的水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到40°C以上；当多个模块同炉加热淬火时，在1000°C 1050°C保温I. 5h完成后出第一支料，·然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大；将模块出炉空冷到950°C 900°C后入水淬火。根据本发明，执行水-空间隙冷却淬火的步骤为根据马氏体不锈钢锻造模块的厚度不同，可以分别采用2-4次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，具体的水空间隙淬火冷却制度如下面的表I所示。表I根据本发明的水-空间隙淬火冷却制度
S Hi IB'f*=第一次水弟.......次水弟二次水弟四次水
f— 冷时间冷时间工⑶- '冷时间工=_冷时间 画分钟分钟I评分钟洲分钟
>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 __在最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度为50°C 120°C，立即装炉回火。根据本发明，淬火后进行600°C 650°C保温10-20小时的回火。在本发明的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法中，选择1000°C 1050°C的淬火加热温度，是为了使马氏体不锈钢达到充分的奥氏体化，保证足够的淬透性，以满足厚度超过150_的锻造模块心部淬透的需要，并且淬火后的耐腐蚀性可以达到最佳。根据本发明的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，在淬火前将水温加热到40°C以上，一方面使冷却速度减慢，避免水冷过于强烈，另一方面也使一个批次3 6个锻造模块的淬火效果保持稳定，避免先后淬火的模块因为同一个水槽中水温变化导致的性能波动过大。另外，在本发明的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法中，根据模块厚度不同，分别采用2-4次水冷。通过对不同规格工件水淬过程温度场的数值模拟，每次水冷时间按照表面与心部温差在450°C以下作为控制目标，而在随后的每次空冷过程中，模块内部的热量传向表层，使表层的温度升高“返红”。根据本发明，水冷次数的选择是按照最后一次水冷结束后，把锻造模块棱角部位的温度控制在马氏体不锈钢的Ms点270°C以下和220°C以上，使模块棱角部位发生部分马氏体转变。随后，在空冷过程中，心部的热量传向棱角部位，使其温度升高，刚刚转变的马氏体发生自回火使韧性和应力状态得到调整，避免了开裂，而模块的其他部位都在最后的静止空冷过程中完成马氏体和贝氏体转变，从而实现硬化，这样在较缓慢的冷却速度下进行马氏体和贝氏体转变使应力减小，同时残余奥氏体量增加，有利于避免淬火开裂。 此外，根据本发明，淬火后进行600°C 650°C回火，可以达到硬度28-35HRC的预硬化要求。因此，本发明通过采用水空间隙冷却的淬火方式，在满足淬透性要求的同时，减小截面温差而避免水冷导致的淬火开裂，然后进行适当的回火，达到了 20Crl3-40Crl3塑料模具钢锻造模块预硬化的目的。下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。实施例I :对一种40Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到40Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为C O. 36%,Mn O. 62%,Si O. 30%,P O. 031%,S O. 010%,Cr 12.0%,Ni O. 11 %、余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成5t八角锭；b、锻造模块将5t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1150°C后用2000t压机锻造成规格为厚度100mm、宽度300mm的模块，锻造比> 4，经球化退火，磨光或车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. O 8. O米长。40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用iooo°c加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火。具体地，根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到40°C。多个模块同炉加热淬火时，在1000°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。出炉空冷到950°C后入水淬火。根据模块的厚度，采用2次水冷，在水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，第一次水冷2分钟，然后空冷3分钟，再次水冷I分钟；最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度120°C，立即装炉回火。
淬火后进行630°C ±5°C，保温10小时回火后空冷。实施例2 对一种40Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到40Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为C O. 40%,Mn O. 41%,Si O. 46%,P O. 025%,S O. 002%,Cr 14. 00%, Ni O. 32%、余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成40t八角锭；b、锻造模块将40t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1240°C后用4000t压机锻造成规格为厚度400mm、宽度1300mm的模块，锻造比> 4，经球化退火，磨光或车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. 0-8. O米长。 40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用1050°C加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火。具体地，根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到50°C。多个模块同炉加热淬火时，在1050°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。出炉空冷到900°C后入水淬火。根据模块的厚度，采用4次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，第一次水冷3分钟，然后空冷3分钟，第二次水冷2. 5分钟，然后空冷5分钟，第三次水冷I. 5分钟，然后空冷9分钟，第四次水冷I分钟；最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度50°C，立即装炉回火。淬火后进行605°C ±5°C保温20小时回火后空冷。实施例3 对一种40Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到40Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为C O. 45%,Mn O. 26%,Si O. 19%,P O. 030%,S O. 003%,Cr 14. 00%, Ni O. 09%、余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成19t八角锭；b、锻造模块将19t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1220°C后用4000t压机锻造成规格为厚度280mm、宽度800mm的模块，锻造比> 4，经球化退火，磨光或车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. 0-8. O米长。40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用1040°C加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火。具体地，根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到50°C。多个模块同炉加热淬火时，在1040°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。出炉空冷到920°C后入水淬火。根据模块的厚度，采用3次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分钟，然后空冷3. 5分钟，第二次水冷2分钟，然后空冷5分钟，第三次水冷I分钟。最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度80°C，立即装炉回火。淬火后进行625°C ±5°C保温18小时回火后空冷。实施例4 对一种40Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到40Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为C O. 38%,Mn O. 41%,Si O. 35%,P O. 029%,S O. 005%,Cr 12. 71%,Ni O. 13%、余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成12t八角锭；b、锻造模块将12t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1210°C后用4000t压机锻造成规格为厚度195mm、宽度700mm的模块，锻造比> 4，经球化退火，磨光或 车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. 0-8. O米长。40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用1020°C加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火。具体地，根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到50°C。多个模块同炉加热淬火时，在1020°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。出炉空冷到930°C后入水淬火。根据模块的厚度，采用3次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分钟，然后空冷3分钟，第二次水冷1. 5分钟，然后空冷4分钟，第三次水冷I分钟。最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度95°C，立即装炉回火。淬火后进行615 °C ± 5 °C保温20小时回火后空冷。实施例5:对一种30Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到30Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为C O. 29%,MnO. 40%, Si O. 45%,P O. 028%, S O. 007%,Cr 13.21%,Ni O. 11 %、余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成12t八角锭；b、锻造模块将12t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1210°C后用4000t压机锻造成规格为厚度235mm、宽度700mm的模块，锻造比> 4，经球化退火，磨光或车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. 0-8. O米长。30Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用1050°C加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火。具体地，根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到50°C。多个模块同炉加热淬火时，在1020°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。出炉空冷到930°C后入水淬火。根据模块的厚度，采用3次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分钟，然后空冷2. 5分钟，第二次水冷I. 5分钟，然后空冷4分钟，第三次水冷I分钟。最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度95°c，立即装炉回火。淬火后进行605°C ±5°C保温15小时回火后空冷。实施例6 对一种20Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到20Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢水的组成和质量百分比例为C O. 20%,MnO. 53%, Si O. 42%,P O. 027%, S O. 009%,Cr 13. 19%,Ni O. 09%、余量为铁和不可避免的杂质；出钢后浇注成19t八角锭；b、锻造模块将12t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1210°C后用4000t压机锻造成规格为厚度285mm、宽度650mm的模块，锻造比> 4，经球化退火，磨光或·车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. 0-8. O米长。20Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用1030°C加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火。具体地，根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到约50°C。多个模块同炉加热淬火时，在1020°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。出炉空冷到930°C后入水淬火。根据模块的厚度，采用3次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷，第一次水冷2. 5分钟，然后空冷3. 5分钟，第二次水冷2分钟，然后空冷5分钟，第三次水冷I分钟。最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度95 °C，立即装炉回火。淬火后进行600°C ±5°C保温12小时回火后空冷。在这里，需要注意的是，在实际的生产操作中由于客观环境的影响，实际控制的回火温度可能会出现一定的偏差，但这是在允许范围之内的，故在该实施例中提到的回火温度是600°C ±5°C，而其仍落入本发明的保护范围。实施例7至实施例13 对一种40Crl3马氏体不锈钢锻造模块执行水空间隙冷却淬火热处理，其中，通过下述步骤得到40Crl3马氏体不锈钢锻造模块a、冶炼采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为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%、余量为铁；出钢后浇注成5 40t八角锭，实施例5-11中每个实施例的马氏体不锈钢的钢的组成如下面的表2所示；b、锻造模块将5 40t八角锭在彡300°C温度下红送至加热炉，加热到1150 1240°C后用2000t或4500t压机锻造成规格为厚度100 400_、宽度300 1300_的模块，锻造比彡4，经球化退火，磨光或车、铣光以及局部研磨去除表面缺陷，并按GB/T4162-91标准B级超声波探伤检验合格后，冷锯切端面按订货要求下料成I. 0-8. O米长度。实施例5至实施例11的40Crl3马氏体不锈钢锻造模块的水空间隙冷却淬火热处理方法包括下述步骤采用1000 1050°C加热奥氏体化，然后水-空间隙冷却淬火，淬火后进行600 650°C保温10 20小时回火的工艺。工艺要求如下根据槽中水量，准备足够重量的废钢块，与模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到40°C以上；多个模块同炉加热淬火时，在1000-1050°C保温I. 5h完成后出第一支料，然后其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大；出炉空冷到950_900°C后入水淬火。
·
根据模块厚度不同，分别采用2-4次水冷，水冷过程中强烈搅拌，每次水冷结束后将模块吊出水面空冷。实施例5至实施例11的具体的水-空间隙淬火冷却制度如一面的表I所示。最后一次水冷结束后，将模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到模块表面温度为50 120°C，立即装炉回火。淬火后进行600 650°C保温10 20小时回火后空冷。表2实施例7-13中的钢的组成和质量百分比
质量百分比实施实施实施实施实施实施实施 /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
铁余量余量余量余量余量余量余量采用本发明及其实施例1-13制备的20Crl3_40Crl3马氏体不锈钢锻造模块经淬火+高温回火调质处理预硬化处理后的机械性能实际值见下面的表3所示。表3本发明的马氏体不锈钢锻造模块的机械性能
表面热处理硬度心部热处理硬度
(HRC)(HRC)---
标准要求28-3628-36
实际值30-3628-35采用本发明及实施例1-13的热处理方法制备的20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢淬火+高温回火调质处理预硬化锻造模块，晶粒度可达到彡7级(按ASTME112规定进行晶粒度评级)。另外，采用本发明及上述实施例制备的20Crl3_40Crl3马氏体不锈钢淬火+高温回火调质处理预硬化锻造模块，化学成分满足GB/T1220-2007标准要求，超声波探伤可达到GB/T4162标准的B级要求。此外，采用本发明及上述实施例制备的20Crl3_40Crl3马氏体不锈钢淬火+高温回火调质处理预硬化锻造模块，在淬火前无表面缺陷的前提下可以避免淬火裂纹的发生。另外，为了清晰起见，本发明及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果(I)本发明采用上述的水空间隙淬火和600-650°C回火热处理后，厚度达100 400mm的20_40Crl3马氏体不锈钢锻造模块可以获得28-38HRC的硬度，同一横截面硬度差值在±2HRC以内；(2)本发明通过电炉、钢包精炼和真空去气冶炼后锻造成20_40Crl3马氏体不锈钢模块，由于采用真空精炼、锻造变形量足够大，可以获得组织致密、成分均匀、显微纯净度高的模块锻件，超声波探伤质量高，使材料具有经受水冷淬火巨大热应力冲击不会开裂的能力；(3)本发明采用水作为淬火介质，避免了油冷带来的油烟污染和引发火灾的隐患，并能充分利用水冷传热快速的特点保证大尺寸模块完全淬透，防止心部出现珠光体组织使20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢耐蚀性降低；(4)本发明采用水空间隙淬火冷却方式，在水冷一定时间模块的棱角部位降温到300 V后，将模块吊出水面空冷，模块心部热量传出，表面温度升高，空冷一定时间模块表面温度较均匀后再次入水。根据模块厚度不同，分别进行2-4次水空间隙冷却，最后一次水冷结束后采用静止空冷到50-120°C装炉回火。这样的冷却方式使模块同截面温差较小，在马氏体转变过程中采用静止空气中缓慢冷却增加软而韧的残余奥氏体含量，避免了淬火裂纹的发生，经过13批次32个模块的淬火处理，未出现一次淬火开裂，证实了本发明水空间隙淬火冷却方式的安全性。本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种变型和修改。
权利要求
1.一种马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，所述马氏体不锈钢锻造模块是经冶炼、锻造而成的规格为厚度IOOmm 400mm、宽度300mm 1300mm的模块，其中，所述马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法包括采用1000°C 1050°C的温度加热马氏体不锈钢锻造模块以进行奥氏体化，然后执行水-空间隙冷却淬火，淬火后进行在600°C 650°C的温度保温10 20小时的回火工艺， 其中，在执行淬火前，将用于进行水冷却淬火的水槽中的水预热到40°C以上； 执行水-空间隙冷却淬火的步骤包括根据马氏体不锈钢锻造模块的厚度不同，分别采用2次至4次的水冷，在水冷过程中进行强烈搅拌，每次水冷结束后将马氏体不锈钢锻造模块吊出水面进行空冷。
2.根据权利要求I所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，在执行淬火前将水槽中的水预热到40°C以上的步骤包括根据水槽中的水量，准备足够重量的废钢块，与马氏体不锈钢锻造模块同时加热到1000°C后，淬火前加入水中把水预热到40°C以上。
3.根据权利要求I所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，当多个马氏体不锈钢锻造模块同炉加热淬火时，在1000°c 1050°C保温I. 5h后出第一支料，然后将其他模块回炉保温950°C，防止晶粒长大。
4.根据权利要求I所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，在执行水-空间隙冷却淬火的步骤中，在最后一次水冷结束后，将马氏体不锈钢锻造模块吊到地面摆放的垫铁上进行静止空冷，冷到马氏体不锈钢锻造模块的表面温度为50°C 120°C，立即装炉回火。
5.根据权利要求4所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，执行水-空间隙冷却淬火的步骤包括 当350_ <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 400mm时，进行4次水冷，其中，第一次水冷时间为2-5分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为2-4分钟，然后空冷3-6分钟；第三次水冷时间为1-3分钟，然后空冷6-10分钟，第四次水冷时间为O. 5-2分钟； 当300_ <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 350mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2-4分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为1-3分钟； 当250_ <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 300mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2-4分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为O. 5-2分钟； 当210mm <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 250mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2-4分钟，然后空冷2-5分钟；第二次水冷时间为1-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为O. 5-2分钟； 当180mm <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 210mm时，进行3次水冷，其中，第一次水冷时间为2-4分钟，然后空冷2-4分钟；第二次水冷时间为1-3分钟，然后空冷3-5分钟；第三次水冷时间为O. 5-2分钟； 当140mm <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 180mm时，进行2次水冷，其中，第一次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷2-4分钟；第二次水冷时间为O. 5-2分钟；当100_ <马氏体不锈钢锻造模块的厚度T ( 400mm时，进行2次水冷，其中，第一次水冷时间为I. 5-3分钟，然后空冷2-4分钟；第二次水冷时间为O. 5-2分钟。
6.根据权利要求I所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，所述马氏体不锈钢锻造模块通过以下方法得到采用电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺来执行冶炼工艺，出钢后浇注成钢锭；压机对所述钢锭进行锻造成，从而得到规格为厚度10Omm 400mm、宽度300_ 1 300mm的模块。
7.根据权利要求6所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，所述钢锭为5 40t的八角钢锭。
8.根据权利要求6所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，所述压机为2000t或4500t压机，锻造的热加工变形量> 4 ;马氏体不锈钢锻造模块在淬火前经球化退火，并且经超声波探伤检验合格。
9.根据权利要求6所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，在冶炼工艺中，控制钢水中的硫含量< 0.010%。
10.根据权利要求I所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，所述马氏体不锈钢锻造模块为20Crl3-40Crl3马氏体不锈钢锻造模块。
11.根据权利要求10所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，经冶炼工艺获得的钢水的组成和质量百分比例为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%，余量为铁和不可避免的杂质。
12.根据权利要求10所述的马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其特征在于，在冶炼工艺中，控制钢水中的硫含量< O. 010%。
全文摘要
本发明提供了一种马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法，其中，所述马氏体不锈钢锻造模块是经冶炼、锻造而成的规格为厚度100mm～400mm、宽度300mm～1300mm的模块。所述马氏体不锈钢锻造模块的热处理方法包括采用1000℃～1050℃的温度加热马氏体不锈钢锻造模块以进行奥氏体化，然后执行水-空间隙冷却淬火，淬火后进行在600℃～650℃的温度保温10～20小时的回火工艺。根据本发明制得的马氏体不锈钢淬火+高温回火调质处理预硬化锻造模块能够全面满足化学成分、表面-心部硬度以及超声波探伤质量的要求。
文档编号C21D1/18GK102899460SQ20121040886
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者谢珍勇, 屈小科, 李伟, 高青松 申请人:攀钢集团江油长城特殊钢有限公司