本发明涉及钢材热处理技术领域，尤其涉及一种钢材球化退火工艺。
背景技术：
为了使钢材具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和成型工艺外，热处理工艺往往是必不可少的，它不仅改变钢材的外形，通过热处理能充分发挥钢材的潜力，并赋予钢材所需的各种特殊性能，达到提高钢材质量，延长使用寿命，确保机器运行安全可靠的目的。而球化退火的加热温度是影响球化程度完全与否的关键因素。加热温度选择合适，既能保证片状珠光体消失，又能保留一部分未完全溶于奥氏体的碳化物，作为球化核心，最终形成较粗大的颗粒状碳化物的正常球化组织。奥氏体化温度很高时，碳化物全部溶解并均匀化，冷却后总是得到片状珠光体，冷却速度直接影响着碳化物颗粒的大小和均匀性。冷却太快，碳化物颗粒太细，并没有形成片状碳化物的可能，使硬度偏高。冷却过慢时碳化物颗粒又过于粗大。
所以对待钢材进行退火处理最关键的部分在于对退火炉内温度及温度升降速率的控制。
技术实现要素：
因此，本发明的目的之一在于提供一种钢材球化退火工艺，通过精确的退火温度和时长控制，能够有效提高钢材的综合机械性能。
为达上述目的，本发明提供一种钢材球化退火工艺，该钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至430℃～450℃，并于430℃～450℃的温度下进行第一次保温，保温时间为4～5小时；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从430℃～450℃升至600℃～620℃，并于600℃～620℃的温度下进行第二次保温，保温时间为2～3小时；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从600℃～620℃升至700℃～720℃，并在700℃～720℃的温度下进行第三次保温，保温时间为18～20小时;
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至290℃～310℃，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
作为可选的技术方案，步骤（1）中，炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65-70mbar。
作为可选的技术方案，该第一阶段升温的升温速率为120-200℃/h。
作为可选的技术方案，该第二阶段升温的升温速率为60-150℃/h。
作为可选的技术方案，该第三阶段升温的升温速率为50-100℃/h。
作为可选的技术方案，步骤（5）中，风冷时间为7-8小时。
作为可选的技术方案，该钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至430℃，并于430℃的温度下进行第一次保温，保温时间为4小时；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从430℃升至600℃，并于600℃的温度下进行第二次保温，保温时间为2小时；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从600℃升至700℃，并在700℃的温度下进行第三次保温，保温时间为18小时;
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至300℃，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
与现有技术相比，本发明采用阶梯式升温方法，通过严格的工艺参数控制，能够得到较好的强度、塑形等机械性能，而且本发明球化后的钢材表面光亮，无碳化脱碳，珠光体球化率大于等于99.5%。另外，该工艺简单易行，生产效率高。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述得到进一步的了解。
具体实施方式
本发明提供一种钢材球化退火工艺，该钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中，炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65-70mbar；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至430℃～450℃，并于430℃～450℃的温度下进行第一次保温，保温时间为4～5小时，同时吹扫排烟，改善炉内气氛；其中该第一阶段升温的升温速率为120-200℃/h；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从430℃～450℃升至600℃～620℃，并于600℃～620℃的温度下进行第二次保温，保温时间为2～3小时；其中第二阶段升温的升温速率为60-150℃/h；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从600℃～620℃升至700℃～720℃，并在700℃～720℃的温度下进行第三次保温，保温时间为18～20小时；其中，第三阶段升温的升温速率为50-100℃/h；
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至290℃～310℃，风冷时间为7-8小时，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
其中较佳地，钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至430℃，并于430℃的温度下进行第一次保温，保温时间为4小时；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从430℃升至600℃，并于600℃的温度下进行第二次保温，保温时间为2小时；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从600℃升至700℃，并在700℃的温度下进行第三次保温，保温时间为18小时;
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至300℃，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
下面结合具有实施例进行说明。
实施例1：
本实施例中，钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中，炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65mbar；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至430℃，并于430℃的温度下进行第一次保温，保温时间为4小时，同时吹扫排烟，改善炉内气氛；其中该第一阶段升温的升温速率为120℃/h；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从430℃升至600℃，并于600℃的温度下进行第二次保温，保温时间为2小时；其中第二阶段升温的升温速率为60℃/h；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从600℃升至700℃，并在700℃的温度下进行第三次保温，保温时间为18h;其中，第三阶段升温的升温速率为50℃/h；
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至300℃，风冷时间为7小时，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
其中，对采用本实施例方法退火后的钢材进行检测，发现其珠光体球化率大于等于99.5%，且具有较好的强度、塑形等机械性能。
实施例2：
本实施例中，钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中，炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为70mbar；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至450℃，并于450℃的温度下进行第一次保温，保温时间为5小时，同时吹扫排烟，改善炉内气氛；其中该第一阶段升温的升温速率为200℃/h；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从450℃升至620℃，并于620℃的温度下进行第二次保温，保温时间为3小时；其中第二阶段升温的升温速率为150℃/h；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从620℃升至720℃，并在720℃的温度下进行第三次保温，保温时间为20h;其中，第三阶段升温的升温速率为100℃/h；
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至290℃，风冷时间为8小时，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
其中，对采用本实施例方法退火后的钢材进行检测，发现其珠光体球化率大于等于99.5%，且具有较好的强度、塑形等机械性能。
实施例3：
本实施例中，钢材球化退火工艺包括以下步骤：
（1）将钢材置于退火炉中，炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为68mbar；
（2）对炉内进行第一阶段升温，温度升至430℃，并于430℃的温度下进行第一次保温，保温时间为4小时，同时吹扫排烟，改善炉内气氛；其中该第一阶段升温的升温速率为160℃/h；
（3）第一次保温完成后，对炉内温度进行第二阶段升温，温度从430℃升至600℃，并于600℃的温度下进行第二次保温，保温时间为2小时；其中第二阶段升温的升温速率为100℃/h；
（4）第二次保温完成后，对炉内温度进行第三阶段升温，温度从600℃升至700℃，并在700℃的温度下进行第三次保温，保温时间为18h;其中，第三阶段升温的升温速率为70℃/h；
（5）第三次保温完成后，带罩缓冷2小时后，换冷却罩风冷至310℃，风冷时间为7.5小时，最后放水进行水冷至80℃；
（6）从退火炉中取出退火后的钢材，炉外空冷至室温。
其中，对采用本实施例方法退火后的钢材进行检测，发现其珠光体球化率大于等于99.5%，且具有较好的强度、塑形等机械性能。
综上所述，传统工艺采用直线式升温，很不利于炉料均热化，虽然有强对流气体强化了热传递，但炉料从表面到中心的热透时间，还与材料本身的吸热速率、规格的大小相关。而本发明在设备上实现精确保证炉温均匀度、准确控制加热和冷却速度等生产条件的情况下，工艺路线严格遵循了退火工艺的三要素,即加热温度、保温时间和冷却速度，本发明进行了三次升温以及三次保温，第二次的保温，有利于大炉量球化退火时的均热性，同时为其后的相变与球化提供了条件；第三次保温的时间设置得比较长，为球化提供了充足的时间及温度，从而使得经本发明退火工艺后的钢材能够得到较好的强度、塑形等机械性能，而且本发明球化后的钢材表面光亮，无碳化脱碳，珠光体球化率大于等于99.5%。另外，该工艺简单易行，生产效率高。
藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的保护范围内。因此，本发明所申请的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。