CN108300842B - 铸钢件防开裂的退火方法 - Google Patents
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Abstract
一种铸钢件防开裂的退火方法针对的铸件的材质成分包括C，Si，Mn，P，S，Ni，Cr，Mo，各元素的质量百分含量为C：0.25～0.42％，Si≤0.6％，Mn≤1.5％，P≤0.025％，S≤0.020％，Ni≤1.3％，Cr≤2.0％，Mo≤0.60％。本发明的铸钢件防开裂的退火方法通过控制铸件进炉时的温度、升温速度、第一次保温温度、第一次保温时间、降温速度、第二次保温温度、第二次保温时间，能够将原高温退火铸件硬度降低到280HB以下。采用此方法，即消除了铸态组织，又降低了铸件应力，另外，也能细化铸件的铸态原始粗晶粒，较细化的组织晶粒有利于后续的NDT检测和缺陷类型判断；有效地解决了铸件在通过气刨方法挖除缺陷的过程中，线性缺陷容易延伸扩展，铸件容易发生开裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种铸钢件防开裂的退火方法。
背景技术
大型高强度的铸钢件材质属于中碳低合金钢，铸件浇注后，在砂型内自然冷却，随着液体温度的降低，铸件从液体形态凝固成枝晶发达，晶粒粗大的固体形态。然后进行打箱、落砂操作。铸件常温打箱后，铸态组织主要为珠光体和贝氏体的混合组织，所以铸件在铸态情况下，硬度较高，塑韧性较差、较脆，如果铸造应力较大，很容易导致铸件开裂；且铸态组织粗大，不利于后序的NDT检测和焊接。因此，铸件打箱后，通常要进行一个退火，通常采用正火+回火，或者退火的方式。但是，正火+回火生产周期长且生产成本高，因此退火采用完全奥氏体化的高温退火。
铸件退火之后进行粗加工，NDT检测，缺陷气刨挖除，缺陷焊补，最后再采用淬回火的热处理方式，获得较高的强度和硬度及其它综合力学性能的铸件。但在实际铸件批量生产当中发现，采用完全奥氏体化的高温退火后铸件在后续生产过程中存在质量问题，有些铸件在通过气刨挖除缺陷的过程中，许多缺陷尤其是线性缺陷容易延伸扩散，铸件容易发生开裂，造成铸件质量变差或铸件报废的情况发生，发生开裂的铸件的硬度较高，基本为290~350HB。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种适合生产现场的、容易操作的、有效提高铸件质量的铸钢件防开裂的退火方法。本发明针对的铸件的材质成分包括C，Si，Mn，P，S，Ni，Cr，Mo，各元素的质量百分含量为C：0.25~0.42%，Si≤0.6%，Mn≤1.5%，P≤0.025%，S≤0.020%，Ni≤1.3%，Cr≤2.0%，Mo≤0.60%。
一种铸钢件防开裂的退火方法包括以下步骤：
步骤S001，铸件进炉退火：在对铸件进行打箱、落砂后，将铸件送入退火炉中，铸件进炉前的温度大于或等于150℃；
步骤S002，铸件加热：铸件送入退火炉后，对铸件进行加热升温，铸件的升温速度为40℃/h ~100℃/h；
步骤S003，铸件保温：当铸件升温后的温度达到AC3+（50~100）℃，且铸件温度不超过950℃时，对退火炉中的铸件进行第一次保温，其中，AC3=910-203*C1/2-15.2*Ni+44.7*Si+104*V+31.5*Mo+13.1*W，第一次保温时间T1=K1*D+(60~180)min，其中，K1为保温系数，K1 =(1.5~2)min/mm，D则为铸件有效最大壁厚，单位mm；
步骤S004，阶梯降温：当铸件的第一次保温过程结束后，铸件先在退火炉内按照30~50℃/h的冷却速度降温；当铸件降温到600~650℃的区间时，停止对铸件降温，并进行第二次保温；第二次保温时间T2=K2*D+(0~120)min；其中K2 =(0.5~1)min/mm，D为铸件有效最大壁厚，单位mm；第二次保温结束后，铸件以30~50℃/h的冷却速度缓慢冷却到200~300℃时，铸件停止降温，并将铸件从退火炉中取出，退火过程结束。
有益效果：本发明的铸钢件防开裂的退火方法通过控制铸件进炉时的温度、升温速度、第一次保温温度、第一次保温时间、降温速度、第二次保温温度、第二次保温时间，能够将原高温退火铸件硬度降低到280HB以下，同时提高了铸件的塑韧性。采用此方法，即消除了铸态组织，又降低了铸件应力，另外，也能细化铸件的铸态原始粗晶粒，较细化的组织晶粒有利于后续的NDT检测和缺陷类型判断；有效地解决了铸件在通过气刨方法挖除缺陷的过程中，线性缺陷容易延伸扩展，铸件容易发生开裂的问题。
具体实施方式
本发明针对的铸件的材质成分包括C，Si，Mn，P，S，Ni，Cr，Mo，各元素的质量百分含量为C：0.25~0.42%，Si≤0.6%，Mn≤1.5%，P≤0.025%，S≤0.020%，Ni≤1.3%，Cr≤2.0%，Mo≤0.60%。通过对铸件缺陷及铸件本体取样对比分析发现，气刨缺陷时，线性缺陷容易延伸扩展，容易发生开裂的铸件，铸件本体硬度较高，基本为290~350HB。铸件本体取样进一步检测力学性能，发现铸件延伸率、冲击韧性指标较低，即铸件塑韧性较差。本发明的铸钢件防开裂的退火方法通过控制铸件进炉时的温度、升温速度、第一次保温温度、第一次保温时间、降温速度、第二次保温温度、第二次保温时间，能够将原高温退火铸件硬度降低到280HB以下，同时提高了铸件的塑韧性。采用此方法，即消除了铸态组织，又降低了铸件应力，另外，也能细化铸件的铸态原始粗晶粒，较细化的组织晶粒有利于后续的NDT检测和缺陷类型判断；有效地解决了铸件在通过气刨方法挖除缺陷的过程中，线性缺陷容易延伸扩展，铸件容易发生开裂的问题。为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，将具体结合实施例对本发明的方案进行具体阐述。
一种铸钢件防开裂的退火方法包括以下步骤：
步骤S001，铸件进炉退火：在对铸件进行打箱、落砂后，将铸件送入退火炉中，铸件进炉前的温度大于或等于150℃；
为了避免铸件进炉温度低于150℃，在打箱或落砂过程中，用天然气预热管架在铸件上进行预热保温，防止因温度低于150℃导致铸件内部残余应力过大，使铸件产生裂纹。
步骤S002，铸件加热：铸件送入退火炉后，对铸件进行加热升温，铸件的升温速度为40℃/h ~100℃/h；
铸件加热时采用40℃/h ~100℃/h的加热速度进行加热，能够避免加热速度太慢导致热处理周期长，又能够避免升温速度太快导致铸件应力大，而使铸件产生裂纹。
步骤S003，铸件保温：当铸件升温后的温度达到AC3+（50~100）℃，且铸件温度不超过950℃时，对退火炉中的铸件进行第一次保温，第一次保温时间T1=K1*D+(60~180)min，其中K1为保温系数，K1 =(1.5~2)min/mm，D则为铸件有效最大壁厚，单位mm；
步骤S003中，AC3=910-203*C1/2-15.2*Ni+44.7*Si+104*V+31.5*Mo+13.1*W，式中各元素表示各元素占铸件总质量的百分比，如果铸件中不含该元素，那么该元素的百分比为0。例如，式中C占铸件总质量的0.35%，Ni占铸件总质量的0.59%，Si占铸件总质量的0.30%，Mo占铸件总质量的0.22%，Mn占铸件总质量的0.9%，Cr占铸件总质量的0.55%，那么AC3计算出的结果为802℃。
温度达到AC3+（50~100）℃，且不超过950℃时，即为第一次保温的保温温度，在此范围内的保温温度，能够使铸钢件较粗大的枝晶和严重的成分偏析得到充分的溶解扩散，使铸件组织中的碳化物得到充分的溶解，有利于退火后获得均匀细化的组织。但如果保温温度超过950℃，容易使铸件组织中晶粒粗化，导致铸件塑韧性降低。因此完全退火温度≤950℃。第一次保温时间T1及其计算公式是结合退火炉以及铸件自身结构特点，通过现场反复试验并经过软件模拟得出。按照这个时间保温，能够保证整个铸件包括铸件有效最大壁厚中心的铸态粗大组织能够完全溶解、均匀化，为阶梯降温过程进行组织细化转变奠定基础。
步骤S004，阶梯降温：当铸件的第一次保温过程结束后，铸件先在退火炉内按照30~50℃/h的冷却速度降温；当铸件降温到600~650℃的区间时，停止对铸件降温，并进行第二次保温；第二次保温时间T2=K2*D+(0~120)min；其中K2 =(0.5~1)min/mm，D为铸件有效最大壁厚，单位mm；第二次保温结束后，铸件以30~50℃/h的冷却速度缓慢冷却到200~300℃时，铸件停止降温，并将铸件从退火炉中取出，退火过程结束。
时间T2及其计算公式是结合退火炉以及铸件自身结构特点，通过现场反复试验并经过软件模拟得出。对铸件进行第二次保温能够使铸件内部各部分温度较为均匀，不会产生较大温差，从而影响铸件性能。
实施例：对本专利所述成分类型的铸件，按照本专利所述的方法，进行实施验证。首先根据成分及铸件特点，选择具体退火的保温温度，见表1：
表1 不同成分的退火保温温度
对以上所述成分的铸件，按照本发明方法，在保证退火时铸件进炉温度≥150℃，第一次保温温度在T1=AC3+（50~100）℃的范围内，进行了其它参数的跟踪验证。验证按照本发明方法，针对不同壁厚铸件，在气刨挖除缺陷的过程中，是否存在线性缺陷延伸扩散，铸件是否发生开裂的这类问题情况，验证情况见表2。
表2 实施例验证情况表
| 铸件序号 | 有效最大壁厚mm | 退火升温速度℃/h | 第一次保温时间min | 降温方式 | 第二次保温温度℃ | 第二次保温时间min | 降温速度℃/h | 问题情况 |
| 件1 | 50 | 40 | 210 | 阶梯降温 | 650~600 | 95 | 30 | 无 |
| 件2 | 100 | 80 | 300 | 阶梯降温 | 650~600 | 130 | 40 | 无 |
| 件3 | 180 | 100 | 444 | 阶梯降温 | 650~600 | 186 | 50 | 无 |
| 件4 | 240 | 100 | 552 | 阶梯降温 | 650~600 | 228 | 40 | 无 |
| 件5 | 300 | 40 | 660 | 阶梯降温 | 650~600 | 270 | 30 | 无 |
| 件6 | 350 | 60 | 750 | 阶梯降温 | 650~600 | 300 | 40 | 无 |
| 件7 | 200 | 80 | 500 | 阶梯降温 | 650~600 | 200 | 40 | 无 |
通过现场批量验证，采用本发明方法，没有发生此类高强度铸件在气刨挖除缺陷的过程中，存在线性缺陷延伸扩散，铸件发生开裂的问题。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (2)
1.一种铸钢件防开裂的退火方法，其特征在于：所述铸钢件为中碳低合金钢，所述铸钢件的成分包括C，Si，Mn，P，S，Ni，Cr，Mo，各元素的质量百分含量为C：0.25~0.42%，Si≤0.6%，Mn≤1.5%，P≤0.025%，S≤0.020%，Ni≤1.3%，Cr≤2.0%，Mo≤0.60%，所述铸钢件防开裂的退火方法包括以下步骤：
步骤S001，铸件进炉退火：在对铸件进行打箱、落砂后，将铸件送入退火炉中，铸件进炉前的温度大于或等于150℃；
步骤S002，铸件加热：铸件送入退火炉后，对铸件进行加热升温，铸件的升温速度为40℃/h ~100℃/h；
步骤S003，铸件保温：当铸件升温后的温度达到AC3+（50~100）℃，且铸件温度不超过950℃时，对退火炉中的铸件进行第一次保温，其中，AC3=910-203*C1/2-15.2*Ni+44.7*Si+104*V+31.5*Mo+13.1*W，第一次保温时间T1=K1*D+(60~180)min，其中，K1为保温系数，K1 =(1.5~2)min/mm，D则为铸件有效最大壁厚，单位mm；
步骤S004，阶梯降温：当铸件的第一次保温过程结束后，铸件先在退火炉内按照30~50℃/h的冷却速度降温；当铸件降温到600~650℃的区间时，停止对铸件降温，并进行第二次保温；第二次保温时间T2=K2*D+(0~120)min；其中K2 =(0.5~1)min/mm，D为铸件有效最大壁厚，单位mm；第二次保温结束后，铸件以30~50℃/h的冷却速度缓慢冷却到200~300℃时，铸件停止降温，并将铸件从退火炉中取出，退火过程结束。
2.如权利要求1所述的铸钢件防开裂的退火方法，其特征在于：在打箱或落砂过程中，用天然气预热管架在铸件上进行预热保温，使铸钢件温度高于150℃，防止因温度低于150℃导致铸件内部残余应力过大，使铸件产生裂纹。
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| CN108300842A (zh) | 2018-07-20 |
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