本发明涉及合金钢加工领域，具体而言，涉及一种20cr3mowv钢的热处理方法。
背景技术
耐热钢属于在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
该钢种的合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％。其组织除珠光体、铁素体外，还有贝氏体。这类钢在500-600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有：16mo，15crmo，12cr1mov，12cr2mowvtib，10cr2mo1，25cr2mo1v，20cr3mowv等。
上述钢种中，20cr3mowv钢种应用最为广泛，但是该钢种由于在传统的热处理过程中某些工艺操作存在一定的问题，导致工件表面容易出现淬火后应力集中，硬度过大，工件的完好性比较差，内部组织形态不均匀，钢容易开裂等问题，实际操作时，工艺中的操作问题主要体现在淬火温度过高，正火工艺后空地上自然冷却导致冷却效率比较低等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种20cr3mowv钢的热处理方法，该热处理方法优化了传统的热处理工艺，降低了淬火的温度，优化了正火、淬火后冷却的方式，通过本发明的热处理方法消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中，彻底解决了钢容易开裂的问题，该方法本身操作简单，操作过程绿色环保，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种热处理方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种20cr3mowv钢的热处理方法，包括如下步骤：
(a)将合金在1000-1100℃之间热处理2-3h，吹冷风冷却到700-750℃热处理3-4h；
(b)缓慢冷却到500-700℃之间，空气自然冷却，即可。
现有技术中，耐热钢属于在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
该钢种的合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％。其组织除珠光体、铁素体外，还有贝氏体。这类钢在500-600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有：16mo，15crmo，12cr1mov，12cr2mowvtib，10cr2mo1，25cr2mo1v，20cr3mowv等。
上述钢种中，20cr3mowv钢种应用最为广泛，但是该钢种由于在传统的热处理过程中某些工艺操作存在一定的问题，导致工件表面容易出现淬火后应力集中，硬度过大，工件的完好性比较差，内部组织形态不均匀，钢容易开裂等问题，实际操作时，工艺中的操作问题主要体现在淬火温度过高，正火工艺后空地上自然冷却导致冷却效率比较低等问题。
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种优化后的20cr3mowv钢种的热处理方法，1000-1100℃正火处理后，进行冷却时摒弃了以往放置在空地自然冷却的方式，采用吹冷风冷却的方式，提高了冷却效率，使得工件表面硬度适中，并且避免了工件表面容易开裂的现象的发生。后续淬火的温度控制在700-750℃之间，以保证工件的完整性，并优化工件机械性能的各个指标。淬火后缓冷一段时间后再出炉，这样的操作也是为了达到温和的对工件热处理的过程，避免环境条件变化太剧烈对工件的性能有影响，该方法对整个热处理的过程进行了优化处理，显著提高了工件各方面的性能，值得广泛推广应用。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(a)中，吹冷风的速率控制在1-2m/s。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(a)中，吹冷风的速率控制在1.2-1.8m/s。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(a)中，所述冷风的温度控制在40-50℃。
上述冷风的速率与温度最好控制得当，如果风速过快、温度过高可能会对工件的质量有损害，工件表面容易出现裂纹。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(b)中，缓慢冷却的过程在密闭的环境中进行。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(b)中，缓慢冷却到600-650℃之间。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(b)中，缓慢冷却的过程在密闭的惰性气体环境中。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(b)中，所述惰性气体为氮气。密封环境中进行缓冷避免有其他杂质对工件有干扰，影响工件本身的品质，一般在密闭的环境中放置数小时后，取出在空地处自然冷却即可。
实际操作的过程一般在热处理火炉中进行，所以直接在火炉中淬火工艺结束后，再密封放置几个小时候取出即可。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(b)中，空气自然冷却后，还包括水冷的步骤，水冷过程中在水中添加质量百分比为5-6wt％的聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠。
优选地，作为进一步可实施的方案，所述步骤(b)中，以质量份数计，聚乙二醇2-4份、聚丙烯酰胺3-4份和氯化钠2-4份。
水冷过程中，在水中添加聚合物、盐类等物质，能够有效避免冷却过程中硬度不足、内部形态不均匀、易开裂等问题，避免工件表面骤冷，心部过热的脆皮现象的发生，添加的聚合物、盐类等物质起到有效的保护工件的目的，为了进一步提高质量对所添加的三种物质的加量进行了进一步的优化。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的20cr3mowv钢的热处理方法，优化了传统的热处理工艺，降低了淬火的温度，优化了正火、淬火后冷却的方式，通过本发明的热处理方法消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中，彻底解决了钢容易开裂的问题。
(2)本发明的热处理方法操作简单，操作过程绿色环保，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种热处理方法。
(3)本发明在最后水冷过程中添加聚合物、盐类等物质，能够有效避免冷却过程中硬度不足、内部形态不均匀、易开裂等问题，避免工件表面骤冷，心部过热的脆皮现象的发生，添加的聚合物、盐类等物质起到有效的保护工件的目的。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2h，然后用冷风机吹风进行冷却；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在700℃持续4h，淬火后放入500℃箱式炉中保温回火；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，即得。
实施例2
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续3h，然后用冷风机吹风进行冷却，冷风机的吹风速率1m/s，冷风的温度为40-50℃；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在700℃持续3h，淬火后放入600℃箱式炉中保温回火，惰性气体保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠，上述三种物质添加的量为水量的6wt％，水冷至室温。
实施例3
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2.5h，然后用冷风机吹风进行冷却，冷风机的吹风速率2m/s，冷风的温度为40-50℃；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在720℃持续3.5h，淬火后放入700℃箱式炉中保温回火，氮气保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠，上述三种物质添加的量为水量的5wt％，水冷至室温。
聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠三者之间以质量份数计，聚乙二醇4份、聚丙烯酰胺3份、氯化钠2份。
实施例4
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2.5h，然后用冷风机吹风进行冷却，冷风机的吹风速率1.2m/s，冷风的温度为40-50℃；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在730℃持续3.5h，淬火后放入650℃箱式炉中保温回火，氮气保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠，上述三种物质添加的量为水量的5.5wt％，水冷至室温。
聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠三者之间以质量份数计，聚乙二醇2份、聚丙烯酰胺4份、氯化钠4份。
实施例5
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2.5h，然后用冷风机吹风进行冷却，冷风机的吹风速率1.8m/s，冷风的温度为40-50℃；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在730℃持续3.5h，淬火后放入650℃箱式炉中保温回火，氮气保护；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，待温度降至100℃以下，将钢板放入水中进行进一步冷却，水中添加聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠，上述三种物质添加的量为水量的5.5wt％，水冷至室温。
聚乙二醇、聚丙烯酰胺和氯化钠三者之间以质量份数计，聚乙二醇3份、聚丙烯酰胺3.5份、氯化钠3份。
比较例1
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2h，然后用冷风机吹风进行冷却；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在900℃持续4h，淬火后放入500℃箱式炉中保温回火；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，即得。
比较例2
20cr3mowv钢的热处理方法按照如下工艺步骤进行：
(1)先将20cr3mowv钢件放入加热炉中，升高加热炉的温度，加热到1000-1100℃之间，并通入一定量的保护气体，持续2h，自然温度下冷却；
(2)将钢件放入箱式加热炉中，升高加热炉的温度，炉温控制在700℃持续4h，淬火后放入500℃箱式炉中保温回火；
(3)回火完成后放自然温度下冷却，即得。
实验例1
将本发明各个实施例与比较例的20cr3mowv钢件的性能进行检测，该钢件的微观组织采用光学金相显微镜进行观察鉴定，利用波长为0.4-0.8μm的可见光，相应的分辨距离约0.2μm，具体结果如下表1所示：
表1检测结果
从上述表中的数据可以看出，本发明实施例的钢件的机械性能也比较优异，微观结构配合上也比较合理，钢板表面无任何裂纹，品质比较优异，更有利于该钢件的市场扩大应用。
本发明的热处理方法可以达到消除工件内部的应力，让工件内部的晶体结构稳定，硬度适中的效果，并彻底解决了钢容易开裂的问题，通过采用本发明的热处理方法抑制开裂效果明显。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。