一种30CrNi3MoV钢大型锻件枝晶偏析消除方法与流程

本发明涉及一种大型锻件（10吨以上）加工方法,尤其是一种高性能30crni3mov钢锻件加工技术,具体地说是一种30crni3mov钢大型锻件枝晶偏析消除方法,它通过先进行普通熔铸和电渣重溶,再进行多火次锻造然后进行正火+回火+正火+调质处理的方法对30crni3mov钢的枝晶偏析进行控制,同时具有更优异综合性能平衡的高淬透性高强钢大型锻件制造的组织控制技术。

背景技术：

30crni3mov钢具有高的淬透性和良好的综合力学性能,淬火高温回火后可在大截面上获得均匀的强度、高的塑性、韧性、疲劳强度,低的冷脆转变温度和缺口敏感性。无明显回火脆性,切削性能中等,冷变形塑性和焊接性较差。对白点的形成敏感,锻后尽量缓冷。宜作截面较大的零件,如轴类零件、对接接头、齿轮等。

大型锻件必须由大型铸锭锻造而成,大型铸锭在制造过程必然存在枝晶组织等组织、成分的不均匀性。为满足力学性能,大型锻件通常须采用淬透性高强度高的钢种,如：ni-cr-mo-v系钢等。但这类钢过冷奥氏体稳定性高,组织遗传倾向大（即马氏体、贝氏体等非平衡原始组织在重新奥氏体时,继承和恢复了原始粗大晶粒的现象）,造成大型锻件晶粒粗大和不均匀,进而影响其冲击韧性、脆性转变温度、超声波可探性和导磁性等性能。

为了解决大型锻件组织遗传带来的晶粒粗大和不均匀问题,目前通常采用复杂并且周期很长的锻后热处理工序（锻后多次正火、临界区高温侧正火、退火等）来加已改善。但对于枝晶严重区域,仍然会出现较严重的粗晶和混晶现象。因此,要从根本上阻断粗晶和混晶现象,必须控制大型锻件内的枝晶等不良组织。

锻件的组织性能与锻造工艺有很大的关系。相对于单火次锻造,多火次锻造可以通过多次锻前加热发生的再结晶、奥氏体相变等改善材料组织。锻造比的大小影响锻件质量,锻造比不能太小但也并非越大越好,前者会导致枝晶组织得不到消除,后者会导致组织、性能方向性明显。

从已有的研究结果来看,有关枝晶组织、锻造组织不均匀性、热处理组织遗传及粗晶混晶现象之间内在联系的研究,在国内外尚未见公开报道。而发达国家针对高淬透性高强钢大型锻件的制造技术,一直对我国严格封锁。鉴于此,本项目针对高淬透性高强钢大型锻件制造的国际最新发展趋势,研制开发出与现有制造技术相比,具有粗晶和混晶组织程度更低、同时具有更优异综合性能平衡的高淬透性高强钢大型锻件制造的组织控制技术,获得完全自主知识产权,达到并保持国际领先水平,推动我国在高淬透性高强钢大型锻件制造领域实现跨越式发展。

技术实现要素：

本发明的目的针对现有的30crni3mov钢大型锻件加工后存在枝晶组成织,使锻造组织不均匀性,影响锻件性能质量的问题,发明一种30crni3mov钢大型锻件枝晶偏析消除方法。

本发明的技术方案是：

一种30crni3mov钢大型锻件枝晶偏析消除方法,其特征在于：该枝晶偏析控制技术包括依次进行钢锭普通熔铸、电渣重熔、多火次锻造、正火+回火+正火+调质处理过程。

所述的多火次锻造包括依次进行的2次镦拔锻造,2次镦拔锻造是指单次镦拔即一镦一拔进行两次,单次镦拔的锻造比为2-4,多火次锻造的总锻造比8。

所述的正火热处理工艺为920℃±10℃×4h±0.5h保温后进行空冷。

所述的回火热处理工艺为610℃±10℃×8h±0.5h保温后进行油冷回火。

所述的调质处理工艺为860℃±10℃×4h±0.5h保温后进行油冷淬火和610℃±10℃×8h±0.5h保温后进行油冷回火。

本发明的有益效果：

（1）本发明的30crni3mov钢大型锻件枝晶偏析消除技术的方法,采用电渣重熔方法能够减少钢中非金属夹杂,改善钢的热加工性能,提高钢锭的加工成材率。

（2）本发明的30crni3mov钢大型锻件枝晶偏析消除技术的方法,一方面,通过多火次锻造后的再结晶,消除了枝晶偏析；另一方面,通过正火+回火+正火的多次热处理消除了组织遗传并通过相变细化了晶粒。

（3）本发明揭示了枝晶组织、锻造组织不均匀性、热处理粗晶混晶组织之间的内在联系,突破了ni-cr-mo-v系高淬透性高强钢大型锻件的枝晶组织熔铸控制与扩散退火和锻造加工控制、热处理粗晶混晶组织控制等关键技术,建立的ni-cr-mo-v系高淬透性高强钢大型锻件的组织控制技术原型,为高性能ni-cr-mo-v系高淬透性高强钢大型锻件的高可靠短流程低成本生产提供技术基础和理论依据,对推动我国高淬透性高强钢大型锻件领域的制造技术进步具有十分重要的意义。

附图说明

图1是本发明的加工方法制备所得30crni3mov钢大型锻件的宏观浸蚀示意图。

图2是本发明的加工方法制备所得30crni3mov钢大型锻件的金相组织扫描电子显微镜照片。

图3是现有工艺制备所得30crni3mov钢大型锻件的宏观浸蚀示意图。

图4是现有工艺制备所得30crni3mov钢大型锻件的金相组织扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种30crni3mov钢大型锻件（10吨以上）枝晶偏析消除方法,它包括以下步骤：

首先,对30crni3mov钢锭进行普通熔铸；

然后,再对普通熔铸后的钢锭进行电渣重熔,减少钢中非金属夹杂,改善钢的热加工性能,提高钢锭的加工成材率；

第三,对电渣重熔后的钢锭进行多火次锻造加工,通过多火次锻造后的再结晶,消除枝晶偏析。多火次锻造包括依次进行的2次镦拔锻造,2次镦拔锻造是指单次镦拔即一镦一拔进行两次,单次镦拔的锻造比为2-4,多火次锻造的总锻造比8。

最后,对锻件进行正火+回火+正火+调质处理,通过正火+回火+正火的多次热处理消除组织遗传并通过相变细化晶粒。具体热处理参数为：

920℃×4h保温后空冷正火+610℃×8h保温后进行油冷回火+920℃×4h保温后空冷正火+调质处理（860℃×4h保温后进行油冷淬火+610℃×8h保温后进行油冷回火。

经过上述处理后的锻件宏观浸蚀照片（图1）与采用扫面电子显微镜拍摄的金相组织（图2）。

从锻件的金相组织中可以看出：锻件组织内部的夹杂物相对比较少,夹杂物主要为富o、c、fe、s、ca和富o、al、ca的夹杂物,分别以氧化铁、氧化铝为主。晶粒尺寸在10~30μm,平均尺寸为20μm,细化了晶粒组织,锻件的枝晶偏析现象得到了明显消除。

图3、4是现有普通工艺制备的30crni3mov锻件的宏观浸蚀照片及扫面电子显微镜拍摄的金相组织。从宏观上看该锻件的表面有许多枝晶的偏析,从微观组织上看内部有夹杂物的存在,并有枝晶的存在。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

技术特征：技术总结