本发明涉及合金钢铸造的
技术领域：
，尤其是涉及一种合金钢锻件的制备工艺。
背景技术：
：目前的合金钢锻件是各个行业用于制造各种零部件以及设备的重要原材料，而用于得到机械性能优良的的合金钢锻件制造工艺通常成本较高，对于能耗排放等压力较大。现有的合金钢制备工艺如公开号为cn108048753a的中国发明中公开了一种轨道车辆制动盘用低合金钢及其热处理方法，其化学组成以重量百分比计为：碳：0.15-0.30％，硅：0.4-1.0％，锰：0.4-1.0％，铬：0.6-1.4％，镍：0.4-1.2％，钼：0.2-0.6％，钒：0.15-0.4％，铜：0.15-0.35％，钨：0.1-0.3％，铌：0.025-0.045％，锆：0.025-0.045％，其余为铁和净化残留的re、al及不可避免的杂质。该发明基于轨道车辆钢质制动盘在服役工况、环境和成形过程中的特点，从提高材料的高温强度、增加耐候性、细化晶粒、改善塑性等方面进行材料成分设计，选用合适的锻造比和调质热处理工艺，可使材料室温下的力学性能分别满足锻钢制动盘或铸钢制动盘的材料性能要求。上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的对于合金钢锻件的生产过程中，对合金钢锻件的配方进行了改进，但是在制备工艺过程中，仍然需要采用淬透性强的油冷进行淬火回火，而与水冷淬火相比，油冷淬火工艺对于能源的消耗以及资源的损耗依旧较大，成本耗费较高。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种合金钢锻件的制备工艺，通过改进合金钢锻件的配方以及工艺使得淬火以及回火过程中可以采用水冷的方式，以降低能耗，达到节能减排的效果。本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种合金钢锻件的制备工艺，包括以下工艺步骤：s1：浇铸钢锭；s2：将浇铸完的钢锭在600-900℃下转入调至600℃的退火炉中，并升温至700℃均温；s3：将钢锭转入锻造加热炉内进行加热锻造，得到锻件；s4：对锻造完成后的锻件进行正火处理；s5：对正火处理后的锻件进行扩氢处理；s6：对扩氢处理后的锻件进行升温奥氏体化处理；s7：对奥氏体化处理后的锻件转移至淬火池中进行分级淬火处理，分级淬火处理后的钢锭再进行回火处理；通过以上7个步骤即可得到成品合金钢锻件。通过采用上述技术方案，钢锭在锻造前先在退火炉中进行升温预热，使得钢锭在进行锻造升温前达到钢锭内部各处温度均匀的状态，且预热后的钢锭内部各处的温度与锻造加热炉内的温差减小，减小钢锭在锻造升温过程中热应力变化过大而使得钢锭内部的结构发生剧烈的变化。钢锭内部的结构发生剧烈的变化会加速钢锭在铸造升温过程中氧化，使得锻造过程中更加困难复杂。锻造以及正火后对钢锭进行扩氢处理，以避免钢锭内部的氢含量过多而使得成型的钢铸件容易发生氢脆的现象，在钢铸件内部形成一些细小的裂纹，使得钢铸件的品质下降。同时采用分级水淬火的方式对钢锭进行淬火处理，可以直接采用水淬的方式进行淬火处理，更加节能减排。而且因为通过对钢锭的配方以及工艺的改进，使得分级水淬火的方式处理后的钢锭的综合机械性能依然很好，不易产生应力裂纹，可满足国家b级标准。本发明进一步设置为：所述钢锭中包括以下重量百分比的成分：c：0.25-0.35％；si：0.2-0.8％；mn：0.6-1％；p：0.001％-0.03％；s：0.001％-0.03％；cr：0.75-1.00％；mo：0.35-0.50％；ni：1.45-2.20％；nb：0.01-0.05％；v：0.02-0.12％；fe：余量。通过采用上述技术方案，含v的crnimo钢中加入nb，利用高温下固溶nb推迟再结晶的作用、较低温度下nb的碳氮化物在锻造以及热处理相变过程中对晶界的钉扎作用，以及nb、v复合细晶作用，起到细化锻件晶粒的作用，提高最终产品的强韧性以及抗应力开裂能力。本发明进一步设置为：所述步骤s3中锻造过程具体的操作步骤为：步骤a：将经过步骤s2均温后的钢锭转入锻造加热炉内，并加热至1200-1250℃；步骤b：将加热后的钢锭移出锻造加热炉，然后以小变形量对钢锭进行初锻，同时采用高压水喷射除去钢锭表面的氧化皮；步骤c：待初锻过程中的钢锭冷却至1150℃以下后开始正式锻造，锻造温度控制在900-1150℃。通过采用上述技术方案，锻造加热的过程中，合金钢锭表面会由于高温下与空气中的氧气接触而生成一层氧化皮，通过步骤b中的初锻过程以及高压水喷射的方式，将钢锭铸造过程中产生的氧化皮去除，使得钢锭在进行正式锻造时，钢锭表面受到的压力避免氧化皮的干扰，更加准确，从而使得锻造得到的钢锭在浇铸过程中产生的铸态疏松等缺陷被克服，以及微观上的组织结构被优化，机械性能得到提高。本发明进一步设置为：所述步骤s4正火阶段具体操作为：步骤a：将锻造完成后的锻件快速转移至预热到400-500℃的加热炉内，然后在2-3h内升温达到600-700℃，均温退火；步骤b：均温结束后将锻件直接升温至900-950℃进行正火。通过采用上述技术方案，按此加热曲线正火处理，锻件内的组织先从奥氏体变为铁素体-珠光体，再由铁素体-珠光体变为奥氏体，有以下几点好处：①在确保完成一次奥氏体向铁素体-珠光体转变以及铁素体-珠光体向奥氏体转变的循环，达到了重结晶细化晶粒的作用的同时，充分利用锻件余热尽快升至正火温度，缩短了生产周期，减少能源消耗(常规工艺是缓冷降温后再重新升温正火)；②因零件温度始终较高，塑性较好，避免应力开裂。③在铁素体-珠光体鼻尖处转变处保温，有利于部分氢的扩散。本发明进一步设置为：所述步骤s5扩氢过程具体操作为：步骤a：直接将正火后的锻件降温至600-700℃进行保温扩氢；步骤b：保温扩氢后的锻件再随炉冷却至500℃后转移至缓冷罩或缓冷坑中冷却至150℃以下。通过采用上述技术方案，扩氢过程主要通过脱氢退火处理，使得锻件内部的氢的溶解度在随温度降低而减小的过程中而扩散脱除。通过将正火后的锻件直接转移，一方面可以利用正火后锻件的余热，而不需要将锻件重新冷却后升温，从而缩短工序的时间，实现节能减排的目的；另一方面正火后的锻件在温度未下降前，其内部的大部分处于铁素体-珠光体鼻尖区，而在鼻尖区氢的固溶度小且扩散速度大，使得锻件中的氢更加容易脱溶和脱除。本发明进一步设置为：所述步骤s6中奥氏体化处理过程为：步骤a：将冷却后的锻件加入加热炉内，缓慢升温至860-900℃保温；步骤b：保温后的锻件再降温至840-880℃进行均温25-35min；步骤c：均温完成后，迅速将锻件转移到淬火池中进行淬火处理。通过采用上述技术方案，锻件在高温奥氏体化后出炉前降低温度并保温，可降低锻件整体淬火温度，显著减少淬火时的热胀冷缩造成的热应力梯度。本发明进一步设置为：所述步骤s7分级淬火处理和回火处理具体包括以下步骤：步骤a：将奥氏体化处理后的锻件转移至淬火池中一级淬火，待锻件表面温度达到200-250℃后取出钢锭返温至300-350℃；步骤b：将步骤a中返温后的锻件再次放入淬火池中进行二级淬火，待锻件表面的温度降至150-200℃后取出锻件返温至200-300℃；步骤c：将步骤b中返温后的锻件再次放入淬火池中进行三级淬火，待锻件表面温度降至150-200℃后取出锻件空冷至室温，随后送入回火炉中；步骤d：回火炉在200-300℃的温度下缓慢升温，升温至350-400℃后，保温20-30min，然后冷却到室温。通过采用上述技术方案，采用多次淬火的方式对锻件进行淬火处理，使得锻件的淬火方式可以选用水淬的方式，而对于锻件的机械性能影响较小。在多次淬火的过程中，淬火后的温度随淬火次数逐渐降低，从而使得锻件的硬度增强，同时韧性不会降低太多。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过改进合金钢锻件的配方以及工艺使得淬火以及回火过程中可以采用水冷的方式，以降低能耗，达到节能减排的效果；2、通过采用铌、钒复合微合金化，有效地细化了晶粒，提高了合金钢锻件的强度、塑性与韧性的同时，也提高了其抗应力开裂能力。具体实施方式下面结合实施例，对本发明进行详细描述。本发明公开的一种合金钢锻件的制备工艺，包括以下工艺步骤：s1：浇铸钢锭；钢锭中包括以下重量百分比的成分：元素csimnpscrmoninbvfe含量(％)0.300.20.60.0010.0010.750.351.450.010.0296.618s2：将浇铸完的钢锭在600℃下转入调至600℃的退火炉中，并升温至700℃均温。s3：锻造，具体包括以下步骤：步骤a：将经过步骤s2均温后的钢锭转入锻造加热炉内，并加热至1200℃；步骤b：将加热后的钢锭移出锻造加热炉，然后以小变形量对钢锭进行初锻，同时采用高压水喷射除去钢锭表面的氧化皮；步骤c：待初锻过程中的钢锭冷却至900℃后开始正式锻造，锻造温度控制在900℃。s4：正火处理，具体包括以下步骤：步骤a：将锻造完成后的锻件快速转移至预热到400-500℃的加热炉内，然后在2-3h内升温达到600-700℃，均温退火；步骤b：均温结束后将锻件直接升温至900-950℃进行正火。s5：扩氢处理，具体包括以下步骤：步骤a：直接将正火后的锻件降温至600-700℃进行保温扩氢；步骤b：保温扩氢后的锻件再随炉冷却至500℃后转移至缓冷罩或缓冷坑中冷却至150℃以下。s6：奥氏体化处理，具体包括以下步骤：步骤a：将冷却后的锻件加入加热炉内，缓慢升温至860-900℃保温；步骤b：保温后的锻件再降温至840-880℃进行均温25-35min；步骤c：均温完成后，迅速将锻件转移到淬火池中进行淬火处理。s7：分级淬火处理以及回火处理，具体包括以下步骤：步骤a：将奥氏体化处理后的锻件转移至淬火池中一级淬火，待锻件表面温度达到200-250℃后取出钢锭返温至300℃；步骤b：将步骤a中返温后的锻件再次放入淬火池中进行二级淬火，待锻件表面的温度降至150-200℃后取出锻件返温至200℃；步骤c：将步骤b中返温后的锻件再次放入淬火池中进行三级淬火，待锻件表面温度降至150-200℃后取出锻件空冷至室温，随后送入回火炉中；步骤d：回火炉在200℃的温度下缓慢升温，升温至350℃后，保温20min，然后冷却到室温。通过以上7个步骤即可得到合金钢锻件。所述步骤s7分级淬火处理和回火处理具体包括以下步骤：实施例2～5与实施例1的区别在于浇铸钢锭中各元素的质量分数计为下表。实施例6～9与实施例1的区别在于步骤s2中钢锭转入退火炉前的温度计为下表。实施例温度(℃)实施例6675实施例7750实施例8825实施例9900实施例10～13与实施例1的区别在于步骤s3中锻造过程中各参数设定计为下表。实施例14～17与实施例1的区别在于步骤s4中正火过程中各参数设定计为下表。实施例18～21与实施例1的区别在于步骤s5中扩氢过程中各参数设定计为下表。实施例22～25与实施例1的区别在于步骤s6中奥氏体化处理过程中各参数设定计为下表。实施例26～25与实施例1的区别在于步骤s7中分级淬火和回火过程中各参数设定计为下表。对比例对比例1与实施例1的区别在于：对锻件采用公开号为cn102554085b，名称为一种提高扁方类锻件横向力学性能的锻造方法的中国发明专利中公开的实施例1中的热处理的条件进行处理，且其中的油淬火改用本发明中的分级淬火处理方式进行：880℃正火空冷，时间为1小时；780℃不完全退火，时间为1.5小时；650℃回火，时间为3个小时；然后按照本发明中的分级淬火步骤冷至室温；然后200℃回火，时间为3个小时，热处理完成，以上时间均按照切向尺寸为100mm的锻件计算，对比例2与实施例1的区别在于：本发明工艺中的锻件选用公开号cn108048753a的中国发明中公开的合金钢；对比例3与实施例1的区别在于：步骤s3中未去除氧化皮；对比例4与实施例1的区别在于：正火处理采用以下工艺步骤：880℃正火空冷，时间为1小时；对比例5与实施例1的区别在于：扩氢处理前，直接将正火后的钢锭进行扩氢退火；对比例6与实施例1的区别在于：步骤s6奥氏体化步骤中，升温保温后的钢锭直接进行淬火；对比例7与实施例1的区别在于：对锻件采用公开号为cn102554085b，名称为一种提高扁方类锻件横向力学性能的锻造方法的中国发明专利中公开的实施例1中的热处理的条件进行处理。检测方法采用gb/t228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》对实施例1-5以及对比例1-6的处理后的锻件进行屈服强度、抗拉强度、延伸率、面缩率，gb2106《金属夏比(v型缺口)冲击试验方法》对室温冲击功的测试，并采用比较法测定合金钢的晶粒度。结果如下表。结论：通过上表可以看出，实施例1-5中屈服强度、抗拉强度的大小逐渐增大，说明nb添加量的增加的确对铸件的强度起到提高的效果。而且铸件的延伸率和面缩率都不低，仍然具有一定的塑性，说明本申请得到的铸件的韧性优良。通过实施例1与对比例1对比可以看出，实施例1的屈服强度和抗拉强度远大于对比例1，说明本申请中的分级淬火条件需要与本申请中的热处理工艺步骤和参数以及铸件的元素配比相适应，才可以达到本申请中提高铸件的强度的效果。通过实施例1与对比例2的对比可以看出，实施例1中的铸件的屈服强度和抗拉强度比对比例2中铸件高，说明本申请中元素种类和配比的铸件经过本申请中的工艺处理后，铸件才可以达到较好强度、塑性和韧性。通过实施例1与对比例3的对比可以看出，去除氧化皮的步骤对于铸件最后达到的强度、塑性和韧性具有优化效果。通过实施例1与对比例4的对比可以看出，本申请中的正火工艺加热曲线对于铸件的强度、塑性和韧性起到优化提高的效果。通过实施例1与对比例5的对比可以看出，正火后的铸件直接进行扩氢处理，对于铸件最终的强度、塑性和韧性影响不大，而正火后的铸件直接进行扩氢处理可以节省工序。通过实施例1与对比例6的对比可以看出，步骤s6奥氏体化步骤中，升温保温后的钢锭先进行降温均温，再进行淬火处理后，铸件最终强度、塑性和韧性得到提高，说明淬火时的热胀冷缩造成的热应力梯度效应明显降低，而使得铸件的综合性能得到优化。通过实施例1与对比例7的对比可以看出，现有的热处理工艺与本申请中的热处理工艺处理工艺处理同一工件时，可以达到相差不大的强度、塑性和韧性，而本申请中的工艺更加节能，成本更低。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12