一种大尺寸CrMo钢构件中白色异常组织的控制方法与流程

本发明涉及材料成分设计与热处理领域，特别是涉及一种大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法。
背景技术：
：crmo系合金钢具有良好的强韧度匹配和疲劳极限，广泛应用于汽车、铁路、风电、工程机械等领域，是目前应用最为广泛的合金钢。目前，国产大尺寸crmo钢构件的心部和次表面位置普遍会出现一种白色异常组织。研究发现，裂纹易在该组织的边缘萌生，并在该组织内部或者边缘处扩展，极大的降低材料的冲击韧性，是一种危害严重的有害组织。因此，如何有效减轻甚至消除该组织意义重大。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法，减轻甚至消除该种组织的出现，提高大尺寸crmo钢构件的综合力学性能。本发明的技术方案是：一种大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法，具体过程如下：(1)在基础crmo成分条件下进行微合金调整，在crmo钢标准成分的基础上，添加ni、v和b元素，ni元素含量为0.5～0.7wt％，v元素含量为0.1～0.2wt％，b元素含量为0.0010～0.0030wt％；(2)采用高温扩散退火工艺减轻或消除偏析；(3)采用珠光体化退火工艺来消除高温扩散退火带来的组织遗传；(4)通过碳化物控制工艺来控制碳化物的尺寸与数量，并以此来进一步细化晶粒与组织；(5)通过“淬火+预回火+回火”工艺来细化m/a岛尺寸，并得到最终组织。所述的大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法，高温扩散退火工艺为：将构件加热至1200～1250℃进行保温，保温时间为12h±2h。所述的大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法，珠光体化退火工艺为：构件在高温扩散退火工艺的保温结束后，炉冷至700～750℃进行保温，保温时间按0.5～2h/25mm厚进行选择，随后炉冷至660～700℃进行保温，保温时间按0.5～2h/50mm进行选择，随后炉冷至室温。所述的大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法，碳化物控制工艺为：将构件加热至ac3温度以上50～70℃进行保温，保温时间按0.5～2h/25mm厚进行选择，随后水冷至室温；将构件再次加热至550～600℃进行保温，保温时间按1～3h/12.5mm厚，随后将构件继续加热至ac3温度以上50～70℃进行保温，保温时间按0.5～2h/25mm厚进行选择，随后水冷至室温。所述的大尺寸crmo钢构件中白色异常组织的控制方法，“淬火+预回火+回火”工艺为：①首先进行淬火处理，将构件加热至550～600℃进行保温，保温时间按1～3h/12.5mm厚，随后将构件继续加热至ac3温度以上30～50℃进行保温，保温时间按0.5～2h/25mm厚进行选择，随后水冷至室温；②随后将构件加热至560～590℃进行预回火，预回火保温时间按0.5～2h/12.5mm厚进行选择，保温结束后出炉空冷至室温；③随后将构件加热至630～700℃进行回火，回火保温时间按1～3h/25mm厚，保温结束后出炉空冷至室温。本发明控制白色异常组织的机理是：本发明在crmo钢标准成分的基础上，添加ni、v和b元素，其中：b元素提高淬透性的机理在于其会在晶界处进行富集，占据铁素体的形核位置，进而延缓铁素体组织的生成，因此通过添加适量的b元素可以抑制白色块状组织的生成。此外，通过ni元素的配合进一步提高材料淬透性，抑制白色异常组织的生成。另外，v元素的作用机理在于：改变碳化物的类型和尺寸，v的加入可以生成细小的mc型碳化物，利用这些碳化物配合适当的热处理工艺，可以细化组织和晶粒，同时消除最终组织中的粗大碳化物。在热处理方面，通过高温扩散退火工艺来消除偏析，以此来均匀化c元素的分布，减少贫c区的存在，进而减少白色异常组织的形核。此外，通过珠光体化退火加上碳化物工艺来消除高温扩散退火带来的不利影响，同时细化晶粒与组织，以减小白色异常组织的尺寸，并均匀化其分布，以减小白色异常组织的不利影响。进一步的，采用“淬火+预回火+回火”组合工艺的作用机理是：通过预回火工艺控制m/a岛分解产物，调控最终碳化物类型，获得理想的回火索氏体组织。本发明的优点及有益效果是：1、本发明通过对材料成分优化并选取特殊的热处理方法，可以大幅减少白色异常组织带来的不利影响，大幅提高大尺寸crmo钢心部和次表面位置的综合力学性能，且不会降低表面位置的力学性能，其性能指标范围如下：屈服强度(re)为700～800mpa，抗拉强度(rm)为850～950mpa，伸长率(a)为15～25％，-30℃冲击功(akv)为40～60j。2、本发明所得构件性能优良且稳定，非常适合重大关键零部件的生产。3、本发明热处理方法可广泛应用于大尺寸crmo钢的热处理。附图说明图1为crmo中的白色异常组织。图2为优化后的crmo钢组织。具体实施方式在具体实施过程中，国产大尺寸(截面尺寸超过200mm)crmo钢构件的心部和次表面位置普遍会出现一种白色异常组织，白色异常组织经浓度为4wt％硝酸的酒精溶液腐蚀后，在光学显微镜下呈随机分布，形状不规则的白色组织；如图1所示，它是一种介于先共析铁素体和粒状贝氏体之间的次高温转变产物，在淬火后即会出现，其上分布着碳化物和m/a岛，其边缘被m/a岛半包围；在回火过程中其形态在光学显微镜下不发生变化，但内部和边缘的m/a发生分解。本发明通过ni元素、b元素和v元素的共同作用来延迟白色异常组织的转变，提高材料的淬透性；通过热处理方法来减轻偏析，以抑制白色异常组织的形核，同时对组织和晶粒进行细化，来控制白色异常组织的分布与尺寸，达到减少甚至消除白色异常组织的目的。下面，通过实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1针对现有大尺寸crmo钢构件的如下成分范围：元素含量(wt％)c0.39～0.42si0.20～0.30mn0.70～0.80p≤0.012s≤0.008cr1.10～1.20mo0.20～0.30al≤0.05fe余量本实施例中，改进后的大尺寸crmo钢构件成分如下：热处理采用如下步骤：①构件经锻造后加热至1250℃进行保温，保温时间为12h。②将构件炉冷至700℃进行保温，保温时间为15h，随后继续炉冷至660℃进行保温，保温时间为7.5h，随后炉冷至室温。③构件加热至880℃进行保温，保温时间为15h，随后水冷至室温；之后将构件再次加热至570℃进行保温，保温时间为30h，随后继续加热至880℃进行保温，保温时间为15h，随后水冷至室温。④将构件再次加热至570℃进行保温，保温时间为30h，随后继续加热至860℃进行保温，保温时间为15h，随后水冷至室温。随后对构件进行预回火，预回火温度选择为580℃，保温时间为30h，预回火后出炉空冷至室温。随后对构件进行回火，回火温度选择为660℃，保温时间为20h，回火后出炉空冷至室温。经过上述热处理后，材料的组织见图2，其性能如下：屈服强度(re)为723mpa，抗拉强度(rm)为871mpa，伸长率(a)为19％，-30℃冲击功(akv)为47j。实施例结果表明，本发明可以很大程度的消除白色组织对性能的不利影响，大幅提高大尺寸crmo钢构件心部与次表面的综合力学性能。对本领域的技术人员来说，可依据上述技术方案与构想，结合实际作出其他各种相应的改变，而所有的改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页12