CN112375884B - 一种细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造方法，该锻造方法包括以下步骤：1）锻后钢材入炉待料、过冷；2）正火处理；3）形变处理；4）扩氢处理。该方法是一种在正火组织转变过程中对钢材进行塑性变形，使钢中奥氏体发生形变，促使奥氏体自发再结晶快速形核以及随后发生静态再结晶，晶粒尚未长大时进行快速冷却获得细小且较均匀的晶粒，形变过程降低氢在钢中溶解度，使氢快速从钢种析出而降低氢含量的锻造方法。本发明方法简单，操作方便，避免锻造过程反复镦粗、拔长变形，通过小变形量实现晶粒的细化，降低钢种氢含量的溶解度，加快氢的析出，大幅降低钢种氢含量，提高产品质量，降低生产过程中能源消耗，缩短生产周期，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性成型技术领域，具体涉及一种细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造方法。
背景技术
随着工业建设的发展，对钢材的需求越来越大，要求也越来越严，尤其是特种钢材的力学性能要求更是严苛。提高钢材力学性能的手段通常是细化钢材晶粒、降低钢种气体含量，尤其是钢中氢含量。
通常细化晶粒的手段是在锻造过程中对钢材进行反复的镦粗、拔长，并且在锻后热处理过程中进行多次正火处理，使晶粒在锻造过程中破碎，在正火组织转变过程中充分再结晶形核，从而得到较细的晶粒度结果。
由于在钢液冶炼和浇注过程中，不可避免的增加了氢含量，降低钢种氢含量需要在锻后采取长时间的扩氢退火，才能使氢从钢中析出，降低钢种氢含量。
上述方法的不足之处：锻造过程需要返炉加热，加热过程又使晶粒度重新长大，晶粒度细化程度有限，同时反复的镦粗、拔长使生产难度增加，表面裂纹、内部偏心、变形不均匀混晶等风险增大。降低氢含量需要长时间的扩氢退火。该方法生产成本高，占用设备时间长，生产周期长效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服传统细化钢材晶粒、降低钢种氢含量方法的不足而提供一种在正火组织转变过程中对钢材进行塑性变形，使钢中奥氏体发生形变，促使奥氏体自发再结晶快速形核以及随后发生静态再结晶，晶粒尚未长大时进行快速冷却获得细小且较均匀的晶粒，同时形变过程降低氢在钢中的溶解度，使氢快速从钢种析出从而降低氢含量的细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造方法，包括以下步骤：
步骤1）、锻后钢材入炉待料、过冷：钢材锻后空冷至450℃～550℃后装入退火炉，在600℃～650℃待料，等待同一批次所有钢材锻造结束温度均匀后保温8h～10h，保温结束后进行过冷，随炉冷却至250℃～300℃，并保温6h～8h；
步骤2）、正火处理：将步骤1）执行完后，钢材以≤60℃/h的升温速度升至890℃±10℃进行正火，空冷，空冷时在锻造设备上进行形变处理；
步骤3）、形变处理：钢材在890℃±10℃出炉后空冷至700℃±10℃时开始在锻造设备上进行形变，形变量控制在2%～8%之间，形变温度控制在600℃～700℃之间，锻造频率控制在90次/min～240次/分钟，将钢材锻造至尺寸要求后对钢材进行快速风冷；
步骤4）、扩氢处理：形变处理完成后，钢材在680℃±10℃高温扩氢，再以≤30℃/h冷却速度降温至350℃～400℃，然后以≤15℃/h的冷却速度缓慢冷却至钢材温度≤150℃时出炉，完成细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造过程。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明方法简单，操作方便，可以采用现有生产方案，在正火空冷过程中增加形变锻造工序，通过控制入炉待料温度、过冷温度、正火温度、形变起始、终止温度，形变量，锻造频率、扩氢温度等关键工艺参数实现细化钢材晶粒、降低钢种氢含量的目的。本发明避免锻造过程反复镦粗、拔长变形，通过小变形量实现晶粒的细化，同时降低钢种氢含量的溶解度，加快氢的析出，从而大幅降低钢种氢含量，提高产品质量，降低生产过程中能源消耗，缩短生产周期，提高生产效率。
具体实施方式
下面以具体实施例说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：本实施例1的合金钢棒材的化学成分质量百分比为：C：0.30%，Si:0.18%，Mn:0.40%，Ni：3.00%，Cr：2.12%，Mo：1.19%，Al：0.024%，W：0.51%，P：0.008%，S：0.003%，余量为Fe及其他不可避免的杂质，锻后进行如下操作过程：
步骤1）、锻后钢材空冷至500℃后装入退火炉，在620℃待料，同批次所有钢材锻造结束温度均匀后保温10h，保温结束后进行过冷，随炉冷却至280℃并保温7.5h；
步骤2）、280℃过冷保温结束后，钢材以50℃/h的升温速度升至900℃，均温结束保温5h后进行正火空冷；
步骤3）、空冷时将钢材转至径向锻造机，温度冷至710℃时开始在锻造设备上以2%的形变量和180次/min的锻造频率进行形变，将钢材锻造至尺寸后进行快速风冷；
步骤4）、形变完成后，将钢材加热至670℃进行高温扩氢30h，再以20℃/h的冷却速度降温至355℃，然后以10℃/h的冷却速度缓慢冷却至钢材温度为140℃时出炉，完成细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造过程。
通过上述方式生产的合金钢棒材与未采用该方法的生产的合金钢相比，锻后检测实际晶粒度提高由4级提高至6级，奥氏体晶粒度提高由7级提高至8级，气体氧、氮含量基本不变的情况下，氢含量由平均1.62ppm降低至平均0.9ppm,同时在屈服强度和抗拉强度基本不变的情况下，冲击功由平均23J提高至平均36J。不仅使钢材晶粒细化、氢含量大幅度降低，同时提高了钢材的力学性能，产品使用寿命得到提升。
Claims (1)
1.一种细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）、锻后钢材入炉待料、过冷：钢材锻后空冷至450℃～550℃后装入退火炉，在600℃～650℃待料，等待同一批次所有钢材锻造结束温度均匀后保温8h～10h，保温结束后进行过冷，随炉冷却至250℃～300℃，并保温6h～8h；
步骤2）、正火处理：将步骤1）执行完后，钢材以≤60℃/h的升温速度升至890℃±10℃进行正火，空冷；
步骤3）、形变处理：钢材在890℃±10℃出炉后空冷至700℃±10℃时开始在锻造设备上进行形变，形变量控制在2%～8%之间，形变温度控制在600℃～700℃之间，锻造频率控制在90次/min～240次/分钟，将钢材锻造至尺寸要求后对钢材进行快速风冷；
步骤4）、扩氢处理：形变处理完成后，钢材在680℃±10℃高温扩氢，再以≤30℃/h冷却速度降温至350℃～400℃，然后以≤15℃/h的冷却速度缓慢冷却至钢材温度≤150℃时出炉，完成细化钢材晶粒、减少钢中氢含量的锻造过程。
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