一種鋼的鍛造余熱正火方法
【專利摘要】一種鋼的鍛造余熱正火方法，是實(shí)施在線鍛造余熱控鍛控冷等溫正火處理。包括：鋼的控鍛，即控制鋼的鍛造溫度和鍛造變形度，通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶導(dǎo)致細(xì)化晶粒；鋼的控冷，根據(jù)金屬學(xué)和熱處理原理；控制鋼的各臨界溫度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率，鋼冷卻至臨界溫度等溫保持，過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍轉(zhuǎn)變完畢，得到細(xì)的晶粒組織，等溫保持后控冷，即等溫保持后控制冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率及冷卻終止溫度，獲得組織和力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的正火方法。本發(fā)明能節(jié)約能源和資源，提高正火處理質(zhì)量，降低正火處理成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提前工期。
【專利說(shuō)明】
一種鋼的鍛造余熱正火方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼的熱處理方法，尤其涉及一種鋼的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)鋼的等溫正火處理耗能大、質(zhì)量不穩(wěn)定、時(shí)有出現(xiàn)混晶、成本高、工人勞動(dòng)強(qiáng) 度繁重、工期長(zhǎng)；由節(jié)能減排、綠色低碳的要求，對(duì)廢熱的多次利用，特別是對(duì)鍛造余熱的多 次利用；由于鍛造余熱正火處理，質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)，且該問(wèn)題能夠采用本發(fā)明的技術(shù) 方案進(jìn)行解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種鍛壓機(jī)后接余熱鋼的正火處理生產(chǎn)線，實(shí)施在線鍛造 余熱控鍛控冷等溫正火處理，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，該方法利用鋼的鍛造余熱， 熱量不需要重新加熱獲得，省去了再加熱工序，節(jié)約能源和資源，提高正火處理質(zhì)量：
[0005](一)解決鋼的鍛造余熱正火后，質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)的難題；
[0006] (二)本發(fā)明控鍛控冷的變形應(yīng)力促使Ms點(diǎn)上升，提高鋼的淬透性，以本發(fā)明作為 淬火的預(yù)備熱處理，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0007] (1)采用降低冷卻速度的淬火方法，對(duì)防止淬火裂紋和減少畸變量是有益的；
[0008] (2)淬火加熱溫度采用下限溫度，對(duì)細(xì)化淬火后組織，防止淬火裂紋和減少畸變量 是有益的，并且節(jié)約能源，延長(zhǎng)熱處理設(shè)施的使用壽命；
[0009] (3)貝氏體等溫淬火不需要提高淬火加熱溫度，對(duì)細(xì)化淬火后組織，防止淬火裂紋 和減少畸變量是有益的，并且節(jié)約能源，延長(zhǎng)熱處理設(shè)施的使用壽命。
[0010] 鋼的傳統(tǒng)等溫正火是將鋼加熱奧氏體化，均溫后鋼快速冷卻通過(guò)正火溫度至鋼的 臨界溫度，進(jìn)入加熱爐內(nèi)進(jìn)行有能量補(bǔ)充的等溫保持，過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍轉(zhuǎn)變完畢， 得到較細(xì)的晶粒組織，然后空冷，獲得較好的切削加工性能和力學(xué)性能的正火方法；
[0011] 本發(fā)明是鍛壓機(jī)后接余熱鋼的正火處理生產(chǎn)線，實(shí)施在線鍛造余熱控鍛控冷等溫 正火處理，鋼的鍛造余熱，即利用鋼的鍛造余熱，鋼的控鍛，即控制鋼的鍛造溫度和鍛造變 形度，通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶導(dǎo)致細(xì)化晶粒，鋼的控冷，根據(jù)金屬學(xué)和熱處理原理，控制 鋼的各臨界溫度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率，鋼冷卻至正火溫度，快速冷卻通過(guò)正 火溫度至鋼的臨界溫度，進(jìn)入緩冷箱進(jìn)行無(wú)能量補(bǔ)充的等溫保持，過(guò)冷奧氏體在此溫度范 圍轉(zhuǎn)變完畢，得到細(xì)的晶粒組織，等溫保持后控制冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率及冷卻 終止溫度，獲得組織和力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的正火方法。
[0012] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，以中碳結(jié)構(gòu)鋼(含中碳低合金非調(diào)質(zhì)鋼，下同）為例，其特征 是方法為：
[0013] 1.鋼的鍛造余熱，它是利用鋼的鍛造余熱，熱量不需要重新加熱獲得，省去再加熱 工序。
[0014] 2.鋼的控鍛為控制鋼的鍛造溫度和鍛造變形度；
[0015] ( - )控制鋼的鍛造溫度：
[0016] (1)鋼的鍛造加熱溫度TA按鋼的通常鍛造加熱溫度和始鍛溫度確定；
[0017] 由于鋼的變形溫度高于變形奧氏體的再結(jié)晶溫度，鍛造加熱溫度應(yīng)減緩?qiáng)W氏體因 動(dòng)態(tài)和靜態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程，以減小加熱時(shí)奧氏體晶粒粗化，因此，在保證鍛造成形 的前提下，鋼的鍛造加熱溫度TA按鋼的通常鍛造加熱溫度和始鍛溫度確定；
[0018] 鋼的鍛造加熱溫度TA按下式計(jì)算：
[0019] TA=(Tsd+20)°C
[0020] 式中TSD--鋼的通常始鍛溫度；
[0021] (2)SB為鋼的鍛造在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍鍛造，鋼在熱變形過(guò)程中，通過(guò)變形與 再結(jié)晶導(dǎo)致奧氏體晶粒細(xì)化；
[0022] (3)鋼的始鍛溫度S點(diǎn)按鋼的通常始鍛溫度確定；
[0023] 由于鋼的變形溫度高于變形奧氏體的再結(jié)晶溫度，始鍛溫度應(yīng)減緩?qiáng)W氏體因動(dòng)態(tài) 和靜態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程，使始鍛溫度減小奧氏體晶粒粗化，因此，在保證鍛造成形的 前提下，始鍛溫度S點(diǎn)按鋼的通常始鍛溫度確定；
[0024] (4)鋼的終鍛溫度按比鋼的奧氏體化溫度高確定；
[0025] B點(diǎn)溫度一一鋼的終鍛溫度TZD用下式表示：
[0026] Tzd^(Ta+40)°C
[0027] 式中Τα-一鋼的奧氏體化溫度；
[0028] Β點(diǎn)溫度為TZD多（Ta+40)°C，這是由于Β點(diǎn)是終鍛溫度，亦是鍛后變形奧氏體進(jìn)行再 結(jié)晶的起始點(diǎn)，B點(diǎn)溫度大于最低的變形奧氏體再結(jié)晶溫度T95,在此溫度至少發(fā)生95%的再 結(jié)晶，使奧氏體充分再結(jié)晶，有利于得到細(xì)化、均勻、等軸的奧氏體晶粒；
[0029](二)控制鋼的鍛造變形度：
[0030] 鋼的鍛造變形度為通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶獲得均勻、細(xì)化、等軸的奧氏體晶粒， 避免臨界變形度和大的變形度，防止晶粒粗化。
[0031] 鋼的鍛造變形度每道次采用25~40% :
[0032]當(dāng)鋼的鍛造變形度每道次為25%，ΑΓ1溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持正火后，鍛 件金相組織達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0033]當(dāng)鋼的鍛造變形度每道次為40%，ΑΓ1溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持正火后，鍛 件金相組織達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0034]當(dāng)鋼的鍛造變形度每道次為30%，ΑΓ1溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持正火后，鍛 件金相組織達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0035] 通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶獲得均勻、細(xì)化、等軸的奧氏體晶粒，避免臨界變形度和 大于70 %的大變形度，防止晶粒粗化;這是由于：
[0036] (1)變形度小于20%，存在微小回復(fù)和再結(jié)晶階段，快速進(jìn)入晶粒長(zhǎng)大階段；
[0037] (2)變形度小，鍛造加熱時(shí)奧氏體晶粒已粗化，小于20%的變形度造成局部變形， 再結(jié)晶晶粒粗細(xì)不均；
[0038] (3)在大于70%變形度的過(guò)程中，內(nèi)摩擦使鍛件溫度增高，促使再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大；
[0039] (4)在大于90%變形度的過(guò)程中，內(nèi)摩擦使鍛件溫度增加過(guò)高，引起二次再結(jié)晶， 導(dǎo)致晶粒異常粗大。
[0040] 3.鋼的控冷為控制鋼的各臨界溫度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率；
[0041 ]( - )鋼從終鍛溫度冷卻至鋼的正火溫度；
[0042] (1)鋼從B點(diǎn)溫度一一TZD彡（Ta+40)°C冷卻至C點(diǎn)溫度一一鋼的正火溫度，Y點(diǎn)為移 動(dòng)的，BY為緩慢冷卻，YC為較快冷卻，這是由于：
[0043] 1)使鋼的變形奧氏體充分再結(jié)晶，得到細(xì)化、均勻、等軸的奧氏體晶粒，晶粒尺寸 分布越窄越有利于抑制晶粒粗化，以免出現(xiàn)混晶；
[0044] 2)鋼的冷卻速度由鋼表面與冷卻介質(zhì)的能量差造成，能量差大的冷卻速度大，反 之，冷卻速度小，所以，在同一冷卻介質(zhì)中，鋼的溫度高的冷卻速度大于溫度低的冷卻速度， 經(jīng)過(guò)BC的冷卻，其中BY為緩慢冷卻，YC為較快冷卻，鍛件至C點(diǎn)溫度為鋼的正火溫度；
[0045] (2)c點(diǎn)溫度為鋼的Α〇γΚ50~l〇〇)"C，這是由于比亞共析鋼的通常正火溫度 Ac3+(30~50)°C高（20~5〇)°C，比亞共析鋼消除鍛件魏氏組織的高溫正火溫度 Ac3+(10()~150)"C低5〇°C，高溫正火可以消除鍛件魏氏組織，減小帶狀組織造成的壓延 縱向與橫向力學(xué)性能差別，正火溫度采用Ac 3+(100~150) °C及隨后的較快冷卻和An溫 度的快速冷卻，造成應(yīng)力大，硬度高，為獲得適宜的切削加工性能，同時(shí)消除鍛件魏氏組織； [0046] (3)BC冷卻時(shí)間ΒΛ不大于60秒，SPY!點(diǎn)隨Y點(diǎn)移動(dòng)而移動(dòng)，BY緩慢冷卻時(shí)間ΒΛ與 YC較快冷卻時(shí)間YiCi的和不大于60秒，鋼鍛造后停留時(shí)間長(zhǎng)會(huì)引起奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，這是 由于鋼鍛造后第一階段為回復(fù)，第二階段為再結(jié)晶，第三階段為晶粒長(zhǎng)大；
[0047]第三階段晶粒長(zhǎng)大時(shí)間y用下式表達(dá)：
[0048] y = x-(Ti + T2)
[0049] 式中X-一鍛后停留時(shí)間，
[0050] T!一一第一階段回復(fù)時(shí)間，
[0051] τ2--第二階段再結(jié)晶時(shí)間；
[0052] 1)當(dāng)Χ_(τι+τ2)=0時(shí)，再結(jié)晶階段剛剛結(jié)束，得到的是無(wú)畸變的等軸再結(jié)晶初始晶 粒；
[0053] 2)當(dāng)Χ-(τι+τ2)<0時(shí)，再結(jié)晶不充分，不能得到細(xì)化、均勻、等軸的晶粒；
[0054] 3)當(dāng)Χ-(τι+τ2)>0時(shí)，當(dāng)τι+τ 2為定值，變量X值大時(shí)，則y值亦大，所以第三階段晶 粒長(zhǎng)大時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致晶粒粗化；
[0055] (二)快速冷卻通過(guò)鋼的正火溫度；
[0056] (1 )CD為較快冷卻，從鋼的Aq+(50~100)'?較快冷卻至An溫度，這是由于鍛后 在正火溫度冷卻速度慢，造成晶粒粗化；
[0057] D點(diǎn)溫度為鋼的Αη+(30~40)Γ ;
[0058] (2)DE為緩慢冷卻，這是由于CD為較快冷卻，其冷卻速度大于緩慢冷卻速度，造成 鍛件溫度場(chǎng)偏差，心部溫度高于表面溫度，根據(jù)事物內(nèi)部是高能量向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)移的變 化規(guī)律，通過(guò)熱傳導(dǎo)，鍛件溫度場(chǎng)處于亞平衡狀態(tài)，此時(shí)緩慢冷卻起均勻溫度和降溫的作 用：
[0059] 1)提高下一步EF快速冷卻的均勻性、冷卻速率和冷卻效率；
[0060] 2)阻止下一步EF快速冷卻造成鍛件表面發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，以獲得適宜的切削加工 性能；
[0061 ] E點(diǎn)溫度為鋼的Αη+(20~30) °C ;
[0062] (3 )EF為快速冷卻，這是由于：
[0063] 1)冷卻速度對(duì)鋼正火后組織影響的一般規(guī)律是:冷卻速度大，奧氏體分解溫度低， 珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物細(xì)小，為使鋼的鍛造余熱控冷正火金相組織達(dá)到GB/T13320-2007第一組評(píng) 級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0064] 2)為快速通過(guò)鋼的An溫度，防止在先共析鐵素體晶界上出現(xiàn)粗大組織；
[0065] F點(diǎn)溫度為鋼的An-(0~10)°C;
[0066] (4)FG為緩慢冷卻，這是由于EF為快速冷卻，其冷卻速度大于較快冷卻速度，造成 鍛件溫度場(chǎng)大的偏差，心部溫度高于表面溫度，根據(jù)事物內(nèi)部是高能量向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)移 的變化規(guī)律，通過(guò)熱傳導(dǎo)，鍛件溫度場(chǎng)處于亞平衡狀態(tài)，此時(shí)緩慢冷卻的作用：
[0067] 1)起均勻溫度的作用；
[0068] (i)提高下一步GH較快冷卻的均勻性、冷卻速率和冷卻效率；
[0069] (ii)阻止下一步GH較快冷卻造成鍛件表面發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，以獲得適宜的切削加 工性能；
[0070] 2)均勻溫度后的降溫和緩慢冷卻的共同作用，快速通過(guò)鋼的An溫度；
[0071 ] G點(diǎn)溫度為鋼的An-(10~20) °C ;
[0072] (5)GH為較快冷卻，Η點(diǎn)溫度為鋼的An-(20~30) °C，此點(diǎn)為快速通過(guò)鋼的An溫度 結(jié)束；
[0073] (6)HJ為緩慢冷卻，這是由于緩慢冷卻起均勻溫度和降溫的作用，以準(zhǔn)確的溫度進(jìn) 入無(wú)能量補(bǔ)充的等溫保持；
[0074] J點(diǎn)是鍛件進(jìn)入緩冷箱進(jìn)行無(wú)能量補(bǔ)充等溫保持的開(kāi)始，為從入緩冷箱J點(diǎn)溫度至 鼻尖"上C-曲線"溫度等溫保持至少20分鐘，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，不致等溫溫度在 20分鐘內(nèi)進(jìn)入鼻尖"下C-曲線"溫度，阻止發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，獲得適宜的切削加工性能： [0075] 1)J點(diǎn)溫度為鋼的C-曲線鼻尖部溫度ΤΡ+(40~90)°C，并且滿足鋼的An -（30~80) °C，抵消鋼件在緩冷箱中有少量熱量散失的降溫和在緩冷箱中等溫保持的溫度緩慢遞減； [0076] 2)緩冷箱保溫性能好；
[0077] 3)鍛件進(jìn)入緩冷箱后立即自動(dòng)關(guān)閉緩冷箱入口，以減少熱量從入口處散失，保存 余熱進(jìn)行等溫保持，猶如保溫瓶倒出熱水后，立即將保溫瓶塞蓋住瓶口，以減少熱量從瓶口 處散失。
[0078] 4.鋼的等溫正火為在鋼的臨界溫度等溫保持進(jìn)行正火處理；
[0079]鋼快速冷卻通過(guò)正火溫度至鋼的臨界溫度一一C-曲線鼻部溫度，在鋼的C-曲線鼻 部溫度等溫保持進(jìn)行正火處理；
[0080] (一) JK為等溫保持，這是由于：
[0081 ] (1)鋼的過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍轉(zhuǎn)變完畢，獲得細(xì)的珠光體組織；
[0082] (2)冷卻速度對(duì)鋼正火后性能影響的一般規(guī)律是:冷卻速度大，應(yīng)力大，硬度高，鋼 的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火后，金相組織達(dá)到GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格 的要求，為消除在鋼的An溫度快速冷卻造成的應(yīng)力大、硬度高，從而獲得適宜的切削加工 性能；
[0083] (3)鋼的An溫度未采用快速冷卻，而采用較快冷卻，又未在鋼的C-曲線鼻部溫度 等溫保持，正火處理后，金相組織粗大，為GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖的7級(jí)；
[0084] (4)得到平衡組織，經(jīng)鋼的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火處理得到的平衡組織，消除 鋼的粗大晶粒非平衡組織在通常淬火溫度加熱時(shí)，重新獲得粗大晶粒的組織遺傳性;經(jīng)鋼 的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火處理得到的粗大晶粒平衡組織，在通常淬火溫度加熱時(shí)，不 發(fā)生組織遺傳，而獲得細(xì)小晶粒組織，保證最終熱處理質(zhì)量；
[0085] (5)鋼的鍛件控鍛后冷卻至氫溶解度小而擴(kuò)散系數(shù)大的C-曲線鼻部溫度等溫保 持，進(jìn)行脫氫處理；
[0086] (6)增加廢熱利用次數(shù)，提高鍛造余熱正火處理的余熱利用率；
[0087](二)K 點(diǎn)溫度為(400 ~550) Γ;
[0088](三)J&為等溫保持時(shí)間；
[0089] (1)從第一件鍛件至最后一件鍛件進(jìn)入緩冷箱，間隔時(shí)間為(90~100)分鐘，這是 由于鍛件在鋼的An以下溫度長(zhǎng)期保溫，會(huì)在先共析鐵素體晶界上出現(xiàn)粗大組織；
[0090] (2)等溫保持時(shí)間以最后一件鍛件進(jìn)入緩冷箱時(shí)開(kāi)始計(jì)算等溫保持時(shí)間，等溫保 持時(shí)間JiKA60分鐘。
[0091] 5.鋼的等溫保持后控冷為鋼的等溫保持后控制冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率 及冷卻終止溫度；
[0092] 控制鋼出緩冷箱后的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率及冷卻終止溫度。
[0093] KL為出緩冷箱緩慢冷卻至室溫。
[0094] 鋼的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火方法，以中碳結(jié)構(gòu)鋼為例，描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技 術(shù)方案和原理，得到的功能，本發(fā)明亦適用其他鋼種，其他鋼種為得到本鋼種經(jīng)本發(fā)明處理 后的功能，其特征、技術(shù)方案、原理、得到的功能相同之處，不再描述，不同之處描述如下： [0095](一)為改善低碳鋼(含低碳低合金鋼）的切削性能，由鋼的正火溫度Ac3+(40~80) °(：較快冷卻至鋼的Ar 3+(10~30) °C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的An -（ 10~30) °C，出緩冷 箱較快冷卻至室溫，以提高鋼的硬度到適宜切削加工的范圍，切肩易折斷，防止纏繞在工件 或刀具上，提高切削加工生產(chǎn)率。
[0096](二)為有效抑制過(guò)共析鋼滲碳體網(wǎng)的形成，為球化退火做組織準(zhǔn)備，使球化退火 易予進(jìn)行，以穩(wěn)定球化退火質(zhì)量，獲得細(xì)小、均勻分布的碳化物和球化組織，由鋼的正火溫 度Acm+(30~50)°C快速冷卻至：
[0097] (1)鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+(10~30)°C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的C-曲線鼻 尖部溫度Tp -（ 10~30) °C，出緩冷箱緩慢冷卻至室溫，防止產(chǎn)生裂紋，減少畸變量；
[0098] (2)鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp± (10~30) °C，在緩冷箱中等溫保持0秒，立即轉(zhuǎn)入 球化退火處理;這是由于快速冷卻抑制滲碳體網(wǎng)的形成，立即轉(zhuǎn)入球化退火處理，對(duì)快速冷 卻的過(guò)共析鋼進(jìn)行加熱，終止了連續(xù)冷卻，在球化退火過(guò)程中需要等溫保持以球化；
[0099] (3)凡不立即轉(zhuǎn)入球化退火處理的須在緩冷箱中，由鋼的C-曲線鼻部溫度Tp+(10 ~30)°C等溫保持至Tp -（10~30) °C，出緩冷箱緩慢冷卻至室溫;這是由于不立即轉(zhuǎn)入球化 退火，未對(duì)快速冷卻的過(guò)共析鋼進(jìn)行加熱，即未終止連續(xù)冷卻，為防止產(chǎn)生裂紋，減少畸變 量，須在緩冷箱中，由鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+(10~30) °C等溫保持至Tp -（10~30) °C， 出緩冷箱緩慢冷卻至室溫。
[0100](三)結(jié)構(gòu)鋼表面淬火后，正火預(yù)備熱處理與調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理，兩者的強(qiáng)度性能，疲 勞壽命無(wú)明顯差別；為簡(jiǎn)化工藝，用正火預(yù)備熱處理代替昂貴、高能耗的調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理， 由鋼的正火溫度Ac3+(40~80) °C較快冷卻至鋼的Ar!+(20~40) °C，快速冷卻至鋼的C-曲線 鼻部溫度Tp+(30~50)°C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的C-曲線鼻部溫度Tp -（30~50)°C，出 緩冷箱較快冷卻至室溫。
[0101](四）為使低碳鋼(含低碳低合金鋼)大型鍛件得到數(shù)量少的鐵素體和數(shù)量多、組織 細(xì)的珠光體，強(qiáng)度、塑性和低溫韌性均得到提高，由鋼的正火溫度Ac3+( 30~50) °C急速冷卻 至鋼的C-曲線鼻部溫度Tp+(10~30)°C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的C-曲線鼻部溫度Tp - (10~30) °C，出緩冷箱急速冷卻至（180~240) °C，然后在靜止的空氣中冷卻至室溫;避免大 型鍛件表面因急速冷卻產(chǎn)生淬火馬氏體的第二類回火脆性。
[0102] 6.鋼的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火方法，其特征是，鋼的各臨界溫度為鍛件表面 溫度。
[0103] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:節(jié)約能源和資源，提高正火處理質(zhì)量，降 低正火處理成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提前工期。
【附圖說(shuō)明】
[0104] 圖1本發(fā)明中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火方法流程圖，橫坐標(biāo)表示時(shí) 間，縱坐標(biāo)表示溫度；
[0105] 圖2本發(fā)明阻止發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變冷卻工藝進(jìn)程設(shè)計(jì)示意圖，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱 坐標(biāo)表示溫度，C為鍛件心部溫度，S為鍛件表面溫度，T cst為開(kāi)始冷卻溫度，Bs為貝氏體轉(zhuǎn)變 開(kāi)始溫度；
[0106] 圖3中碳結(jié)構(gòu)鋼傳統(tǒng)等溫正火示意圖，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示溫度；
[0107] 圖4本發(fā)明中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火示意圖，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱 坐標(biāo)表示溫度；
[0108] 圖5 GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖為8級(jí)，珠光體+鐵素體，魏氏體組織，放大倍數(shù) 100 X的金相圖譜；
[0109] 圖6中碳結(jié)構(gòu)鋼傳統(tǒng)等溫正火處理鍛件金相組織為8級(jí)，珠光體+鐵素體，混合晶 粒，魏氏體組織，放大倍數(shù)100 X的金相圖譜；
[0110] 圖7 GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖為7級(jí)，珠光體+網(wǎng)狀鐵素體，混合晶粒，有魏氏 體組織，放大倍數(shù)100 X的金相圖譜；
[0111] 圖8中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱正火，鍛造變形度每道次為25%，ΑΓ1溫度風(fēng)冷，C-曲線 鼻部未等溫保持，鍛件金相組織為7級(jí)，珠光體+網(wǎng)狀鐵素體，混合晶粒，有魏氏體組織，放大 倍數(shù)100 X的金相圖譜；
[0112] 圖9 GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖為6級(jí)，珠光體+鐵素體，有魏氏體組織，放大倍 數(shù)100 X的金相圖譜；
[0113] 圖10中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱正火，鍛造變形度每道次為25%，Ari溫度風(fēng)冷，C-曲線 鼻部等溫保持，鍛件金相組織為6級(jí)，珠光體+鐵素體，有魏氏體組織，放大倍數(shù)100X的金相 圖譜；
[0114] 圖11 GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖為5級(jí)，珠光體+鐵素體，晶粒不均勻，放大倍 數(shù)100 X的金相圖譜；
[0115] 圖12中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱正火，鍛造變形度每道次為30%，ΑΓ1溫度風(fēng)冷，C-曲線 鼻部等溫保持，鍛件金相組織為5級(jí)，珠光體+鐵素體，晶粒不均勻，放大倍數(shù)100 X的金相圖 譜；
[0116] 圖13 GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖為4級(jí)，珠光體+鐵素體，晶粒不均勻，放大倍 數(shù)100 X的金相圖譜；
[0117] 圖14本發(fā)明中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火，鍛造變形度每道次為25%， An溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持，鍛件金相組織為4級(jí)，珠光體+鐵素體，晶粒不均勻，放 大倍數(shù)100 X的金相圖譜；
[0118] 圖15 GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖為3級(jí)，珠光體+鐵素體，晶粒碎化，放大倍數(shù) 100 X的金相圖譜；
[0119] 圖16本發(fā)明中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火，鍛造變形度每道次為30%， An溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持，鍛件金相組織為3級(jí)，珠光體+鐵素體，晶粒碎化，放大 倍數(shù)100 X的金相圖譜；
[0120]圖17 Tp+40 °C、Ar! - 80 °C的J點(diǎn)溫度與Tp+90 °C、Ar! - 30 °C的J點(diǎn)溫度數(shù)軸圖，陰影 部分為J點(diǎn)溫度范圍（620~660) °C ;
[0121 ]圖 18 Tp+(40~90) °C與An- (30~80) °C 的中間值Tp+(40+25) °C與An- (30+25) °C，J點(diǎn)溫度數(shù)軸圖，陰影部分為J點(diǎn)溫度范圍（635~645) °C。
【具體實(shí)施方式】
[0122] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0123] 變形度：
[0124] 從金屬學(xué)的觀點(diǎn)，在再結(jié)晶溫度以上，不造成加工硬化的塑性變形過(guò)程叫做熱變 形加工。這是以金屬在變形加工后是否產(chǎn)生加工硬化為依據(jù)的；其實(shí)金屬在熱變形過(guò)程中 也會(huì)產(chǎn)生硬化，但由于熱變形的溫度遠(yuǎn)高于再結(jié)晶溫度，變形所引起的硬化很快被同時(shí)發(fā) 生的再結(jié)晶過(guò)程所消除。
[0125] 變形度用下式計(jì)算：
[0127] 式中ε-一變形度（％);
[0128] Ho--熱變形前的高度(mm);
[0129] Hi一一熱變形后的高度(mm)。
[0130] 傳統(tǒng)鋼的等溫正火處理耗能大、質(zhì)量不穩(wěn)定，時(shí)有出現(xiàn)混晶（見(jiàn)附圖5、6)、成本高、 工人勞動(dòng)強(qiáng)度繁重、工期長(zhǎng)；
[0131]鋼的傳統(tǒng)等溫正火是將鋼加熱奧氏體化，均溫后快速冷卻至C-曲線鼻部（孕育期 最短)溫度，進(jìn)入加熱爐內(nèi)進(jìn)行有能量補(bǔ)充的等溫保持，過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍轉(zhuǎn)變完 畢，得到較細(xì)的晶粒組織，然后空冷，獲得較好的切削加工性能和力學(xué)性能的正火方法，中 碳結(jié)構(gòu)鋼傳統(tǒng)等溫正火示意圖見(jiàn)附圖3;
[0132] 本發(fā)明是鍛壓機(jī)后接余熱鋼的正火處理生產(chǎn)線，實(shí)施在線鍛造余熱控鍛控冷等溫 正火處理;鋼的鍛造余熱，即利用鋼的鍛造余熱，鋼的控鍛，即控制鋼的鍛造溫度和鍛造變 形度，通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶導(dǎo)致細(xì)化晶粒，鋼的控冷，根據(jù)金屬學(xué)和熱處理原理，控制 鋼的各臨界溫度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率，中碳結(jié)構(gòu)鋼冷卻至正火溫度，快速冷 卻通過(guò)正火溫度至鋼的C-曲線鼻部(孕育期最短)溫度，進(jìn)入緩冷箱進(jìn)行無(wú)能量補(bǔ)充的等溫 保持，過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍轉(zhuǎn)變完畢，得到細(xì)的晶粒組織，然后控制出緩冷箱的冷卻速 率、冷卻均勻性和冷卻效率及冷卻終止溫度，獲得組織和力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的正火方法，本發(fā)明 中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火示意圖見(jiàn)附圖4。
[0133] 所述的鋼的各臨界溫度為鍛件表面溫度。
[0134] 如圖1所示，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，以中碳結(jié)構(gòu)鋼(含中碳低合金非調(diào)質(zhì)鋼，下同） 為例，方法為：
[0135] 鋼的鍛造余熱，它是利用鋼的鍛造余熱，熱量不需要重新加熱獲得，省去再加熱工 序，節(jié)約能源和資源。
[0136] 控制鋼的鍛造溫度和鍛造變形度；
[0137] ( - )鋼的鍛造加熱溫度TA按鋼的通常鍛造加熱溫度和始鍛溫度確定；
[0138] 由于鋼的變形溫度高于變形奧氏體的再結(jié)晶溫度，鍛造加熱溫度應(yīng)減緩?qiáng)W氏體因 動(dòng)態(tài)和靜態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程，以減小加熱時(shí)奧氏體晶粒粗化，因此，在保證鍛造成形 的前提下，鋼的鍛造加熱溫度TA按鋼的通常鍛造加熱溫度和始鍛溫度確定；
[0139] 鋼的鍛造加熱溫度TA按下式計(jì)算：
[0140] TA=(Tsd+20)°C
[0141] 式中Tsd 鋼的通常始鍛溫度；
[0142] 例55鋼的通常鍛造加熱溫度為（1200~1250) °C、鋼的通常始鍛溫度TSD值為（1180 ~1220) °C，則：
[0143] TA=(Tsd+20)°C = (1180 ~1220)°C+20°C = (1200 ~1240)°C;
[0144] (二）SB為鋼的鍛造在奧氏體再結(jié)晶溫度范圍鍛造，鋼在熱變形過(guò)程中，通過(guò)變形 與再結(jié)晶導(dǎo)致奧氏體晶粒細(xì)化；
[0145] (三)鋼的始鍛溫度S點(diǎn)按鋼的通常始鍛溫度確定；
[0146] 由于鋼的變形溫度高于變形奧氏體的再結(jié)晶溫度，始鍛溫度應(yīng)減緩?qiáng)W氏體因動(dòng)態(tài) 和靜態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程，使始鍛溫度減小奧氏體晶粒粗化，因此，在保證鍛造成形的 前提下，始鍛溫度S點(diǎn)按鋼的通常始鍛溫度確定；
[0147] (四）鋼的終鍛溫度按比鋼的奧氏體化溫度高確定；
[0148] B點(diǎn)溫度一一鋼的終鍛溫度TZD用下式表示：
[0149] Tzd^(Ta+40)°C
[0150] 式中Τα-一鋼的奧氏體化溫度；
[0151] 例55鋼的奧氏體化溫度為870°C，則:TZD彡（Ta+40) °C
[0152] Tzd彡（870+40) °C
[0153] Tzd 彡 910°C
[0154] B點(diǎn)溫度為TZD彡910°C，這是由于B點(diǎn)是終鍛溫度，亦是鍛后變形奧氏體進(jìn)行再結(jié)晶 的起始點(diǎn)，B點(diǎn)溫度大于最低的變形奧氏體再結(jié)晶溫度T 95,在此溫度至少發(fā)生95%的再結(jié) 晶，使奧氏體充分再結(jié)晶，有利于得到細(xì)化、均勻、等軸的奧氏體晶粒；
[0155] (五)控制鋼的鍛造變形度：
[0156] 鋼的鍛造變形度為通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶獲得均勻、細(xì)化、等軸的奧氏體晶粒， 避免臨界變形度和大的變形度，防止晶粒粗化。
[0157] 鋼的鍛造變形度每道次采用25~40%:
[0158] 當(dāng)鋼的鍛造變形度每道次為25%，ΑΓ1溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持正火后，鍛 件金相組織達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0159] 當(dāng)鋼的鍛造變形度每道次為40%，ΑΓ1溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持正火后，鍛 件金相組織達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0160] 當(dāng)鋼的鍛造變形度每道次為30%，ΑΓ1溫度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持正火后，鍛 件金相組織達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0161] 通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶獲得均勻、細(xì)化、等軸的奧氏體晶粒，避免臨界變形度和 大于70 %的大變形度，防止晶粒粗化;這是由于：
[0162] (1)變形度小于20%，存在微小回復(fù)和再結(jié)晶階段，快速進(jìn)入晶粒長(zhǎng)大階段；
[0163] (2)變形度小，鍛造加熱時(shí)奧氏體晶粒已粗化，小于20%的變形度造成局部變形， 再結(jié)晶晶粒粗細(xì)不均；
[0164] (3)在大于70%變形度的過(guò)程中，內(nèi)摩擦使鍛件溫度增高，促使再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大；
[0165] (4)在大于90%變形度的過(guò)程中，內(nèi)摩擦使鍛件溫度增加過(guò)高，引起二次再結(jié)晶， 導(dǎo)致晶粒異常粗大；
[0166] 控制鋼的各臨界溫度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率；
[0167] (六)鋼從終鍛溫度冷卻至鋼的正火溫度；
[0168] 鋼從B點(diǎn)溫度--TZD彡910 °C冷卻至C點(diǎn)溫度--鋼的正火溫度，Y點(diǎn)為移動(dòng)的，BY 為緩慢冷卻--空冷，YC為較快冷卻--空冷，這是由于：
[0169] (1)使鋼的變形奧氏體充分再結(jié)晶，得到細(xì)化、均勻、等軸的奧氏體晶粒，晶粒尺寸 分布越窄越有利于抑制晶粒粗化，以免出現(xiàn)混晶；
[0170] (2)鋼的冷卻速度由鋼表面與冷卻介質(zhì)的能量差造成，能量差大的冷卻速度大，反 之，冷卻速度小，所以，在同一冷卻介質(zhì)中，鋼的溫度高的冷卻速度大于溫度低的冷卻速度， 經(jīng)過(guò)BC的冷卻，其中BY為緩慢冷卻一一空冷，YC為較快冷卻--風(fēng)冷，鍛件至C點(diǎn)的溫度為 鋼的正火溫度；
[0171] c點(diǎn)溫度為鋼的Ac3+(50~1.00)°C，這是由于比亞共析鋼的通常正火溫度 Ac3+(30~50)°C高（20~5〇)°C，比亞共析鋼消除鍛件魏氏組織的高溫正火溫度 Ac3+(100~150)'€低5〇°C，高溫正火可以消除鍛件魏氏組織，減小帶狀組織造成的壓延 縱向與橫向力學(xué)性能差別，正火溫度采用Ac 3+(100~150)nC及隨后的較快冷卻和An溫 度的快速冷卻，造成應(yīng)力大，硬度高，為獲得適宜的切削加工性能，同時(shí)消除鍛件魏氏組織；
[0172] BC冷卻時(shí)間ΒΛ不大于60秒，SPY!點(diǎn)隨Y點(diǎn)移動(dòng)而移動(dòng)，BY空冷時(shí)間ΒΛ與YC風(fēng)冷時(shí) 間YiCi的和不大于60秒，鋼鍛造后停留時(shí)間長(zhǎng)會(huì)引起奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，這是由于鋼鍛造后 第一階段為回復(fù)，第二階段為再結(jié)晶，第三階段為晶粒長(zhǎng)大；
[0173] 第三階段晶粒長(zhǎng)大時(shí)間y用下式表達(dá)：
[0174] γ = χ-(τι+τ2)
[0175] 式中X 鍛后停留時(shí)間，
[0176] τι一一第一階段回復(fù)時(shí)間，
[0177] τ2--第二階段再結(jié)晶時(shí)間；
[0178] 當(dāng)Χ_(τι+τ2) = 0時(shí)，再結(jié)晶階段剛剛結(jié)束，得到的是無(wú)畸變的等軸再結(jié)晶初始晶 粒；
[0179] 當(dāng)Χ_(τι+τ2)<0時(shí)，再結(jié)晶不充分，不能得到細(xì)化、均勻、等軸的晶粒；
[0180] 當(dāng)Χ-(τι+Τ2)>0時(shí)，當(dāng)^+12為定值，變量X值大時(shí)，則y值亦大，所以第三階段晶粒 長(zhǎng)大時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致晶粒粗化；
[0181](七)⑶為較快冷卻--風(fēng)冷，從鋼的Ac3+(50~】00)1〕風(fēng)冷至An溫度，這是由 于鍛后在正火溫度冷卻速度慢，造成晶粒粗化；
[0182] D點(diǎn)溫度為鋼的An+(30~40)°C;
[0183](八)DE為緩慢冷卻一一空冷，這是由于CD為風(fēng)冷，風(fēng)冷速度大于空冷速度，造成鍛 件溫度場(chǎng)偏差，心部溫度高于表面溫度，根據(jù)事物內(nèi)部是高能量向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)移的變化 規(guī)律，通過(guò)熱傳導(dǎo)，鍛件溫度場(chǎng)處于亞平衡狀態(tài)，此時(shí)空冷起均勻溫度和降溫的作用：
[0184] (1)提高下一步EF快速冷卻的均勻性、冷卻速率和冷卻效率;（2)阻止下
[0185] -步EF快速冷卻造成鍛件表面發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，以獲得適宜的切削加工性能；
[0186] E點(diǎn)溫度為鋼的Αη+(20~30)°C;
[0187] (九)EF為快速冷卻一一霧冷，這是由于：
[0188] (1)冷卻速度對(duì)鋼正火后組織影響的一般規(guī)律是:冷卻速度大，奧氏體分解溫度 低，珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物細(xì)小，為使鋼的鍛造余熱控冷正火金相組織達(dá)到GB/T13320-2007第一 組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0189] (2)為快速通過(guò)鋼的An溫度，防止在先共析鐵素體晶界上出現(xiàn)粗大組織；
[0190] 中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱正火，鍛造變形度每道次為25%，ΑΓ1溫度風(fēng)冷，C-曲線鼻部 等溫保持，鍛件金相組織為6級(jí)，見(jiàn)附圖9、10;
[0191] 中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱正火，鍛造變形度每道次為30%，ΑΓ1溫度風(fēng)冷，C-曲線鼻部 等溫保持，鍛件金相組織為5級(jí)，見(jiàn)附圖11、12;
[0192] EF采用風(fēng)冷，風(fēng)冷速度小于霧冷速度，風(fēng)冷不及霧冷快速通過(guò)鋼的An溫度，等溫 正火后:鍛造變形度每道次為25 %，鍛件金相組織為6級(jí)，鍛造變形度每道次為30 %，鍛件金 相組織為5級(jí)，均未達(dá)到GB/T13220-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0193] 本發(fā)明中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火，鍛造變形度每道次為25% 4^溫 度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持，鍛件金相組織為4級(jí)，見(jiàn)附圖13、14;
[0194] 本發(fā)明中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛造余熱控鍛控冷等溫正火，鍛造變形度每道次為30% 4^溫 度霧冷，C-曲線鼻部等溫保持，鍛件金相組織為3級(jí)，見(jiàn)附圖15、16;
[0195] EF采用霧冷，加速通過(guò)鋼的An溫度，等溫正火后:鍛造變形度每道次為25%，鍛件 金相組織為4級(jí)，鍛造變形度每道次為30%，鍛件金相組織為3級(jí)，均達(dá)到GB/T13220-2007第 一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格的要求；
[0196] 由于EF采用霧冷，等溫正火后金相組織達(dá)標(biāo)，而硬度超標(biāo)，增加切削加工難度，為 獲得適宜的切削加工性能，從霧冷-風(fēng)冷-等溫保持，阻止發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變冷卻工藝進(jìn)程 進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)附圖2;
[0197] 控制表面(S)溫度在貝氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度以上，即Bs線以上（20~30)°C，阻止發(fā)生 貝氏體轉(zhuǎn)變；
[0198] F點(diǎn)溫度為鋼的An-(0~10)°C;
[0199] (十)FG為緩慢冷卻一一空冷，這是由于EF為霧冷，霧冷速度大于風(fēng)冷速度，造成鍛 件溫度場(chǎng)大的偏差，心部溫度高于表面溫度，根據(jù)事物內(nèi)部是高能量向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)移的 變化規(guī)律，通過(guò)熱傳導(dǎo)，鍛件溫度場(chǎng)處于亞平衡狀態(tài)，此時(shí)空冷的作用：
[0200] (1)起均勻溫度的作用；
[0201] 1)提高下一步GH較快冷卻的均勻性、冷卻速率和冷卻效率；
[0202] 2)阻止下一步GH較快冷卻造成鍛件表面發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，以獲得適宜的切削加工 性能；
[0203] (2)均溫后的降溫和空冷的共同作用，快速通過(guò)鋼的An溫度；
[0204] G點(diǎn)溫度為鋼的An-(10~20) Γ;
[0205] ^一)GH為較快冷卻--風(fēng)冷，Η點(diǎn)溫度為鋼的An -（20~30) °C，此點(diǎn)為快速通 過(guò)鋼的Ari溫度結(jié)束；
[0206] (十二)HJ為緩慢冷卻一一空冷，這是由于空冷起均勻溫度和降溫的作用，以準(zhǔn)確 的溫度進(jìn)入無(wú)能量補(bǔ)充的等溫保持；
[0207] J點(diǎn)是鍛件進(jìn)入緩冷箱進(jìn)行無(wú)能量補(bǔ)充等溫保持的開(kāi)始，為從入緩冷箱J點(diǎn)溫度至 鼻尖"上C-曲線"溫度等溫保持至少20分鐘，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，不致等溫溫度在 20分鐘內(nèi)進(jìn)入鼻尖"下C-曲線"溫度，阻止發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，獲得適宜的切削加工性能： [0208] (1)J點(diǎn)溫度為鋼的C-曲線鼻尖部溫度ΤΡ+(40~90)°C，并且滿足鋼的An -（30~ 80)°C，抵消鍛件在緩冷箱中有少量熱量散失的降溫和在緩冷箱中等溫保持的溫度緩慢遞 減；
[0209]例55鋼的TP為580°C，Ar^690°C，代入：
[0210] 1) ΤΡ+40 °C = 5 80 °C +40 °C = 6 20 °C ；
[0211] Ari-80〇C=690〇C-80〇C=610〇C
[0212] J點(diǎn)溫度為620°C，見(jiàn)附圖17;
[0213] 2)ΤΡ+90°C = 580°C +90°C = 670°C，
[0214] Ari - 30 °C = 690 °C - 30 °C = 660 °C
[0215] J點(diǎn)溫度為660°C，見(jiàn)附圖17;
[0216] 綜合1)和2)，J點(diǎn)溫度為(620~660) °C，見(jiàn)附圖17陰影部分；
[0217] 3) TP+ (40+25) °C = 580 °C + (40+25) °C = 645 °C，
[0218] An-(30+25 )°C= 690 °C _(30+25 )°C= 635 °C，
[0219] J點(diǎn)溫度為(635~645) °C，見(jiàn)附圖18陰影部分；
[0220] (2)緩冷箱保溫性能好；
[0221] (3)鍛件進(jìn)入緩冷箱后立即自動(dòng)關(guān)閉緩冷箱入口，以減少熱量從入口處散失，保存 余熱進(jìn)行等溫保持，猶如保溫瓶倒出熱水后，立即將保溫瓶塞蓋住瓶口，以減少熱量從瓶口 處散失。
[0222]鋼的等溫正火為在鋼的臨界溫度等溫保持進(jìn)行正火處理；
[0223]鋼快速冷卻通過(guò)正火溫度至鋼的臨界溫度一一C-曲線鼻部溫度，在鋼的C-曲線鼻 部溫度等溫保持進(jìn)行正火處理；
[0224](十三)JK為等溫保持，這是由于：
[0225] (1)鋼的過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍轉(zhuǎn)變完畢，得到細(xì)的珠光體組織；
[0226] (2)冷卻速度對(duì)鋼正火后性能影響的一般規(guī)律是:冷卻速度大，應(yīng)力大，硬度高，鋼 的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火后，金相組織達(dá)到GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖1~4級(jí)合格 的要求，為消除在鋼的度霧冷造成的應(yīng)力大、硬度高，從而獲得適宜的切削加工性能；
[0227] (3)鋼的An溫度未采用快速冷卻一一霧冷，而采用較快冷卻一一風(fēng)冷，又未在鋼 的C-曲線鼻部溫度等溫保持，正火處理后，金相組織粗大，為GB/T13320-2007第一組評(píng)級(jí)圖 的7級(jí);見(jiàn)附圖7、8;
[0228] (4)得到平衡組織，經(jīng)本發(fā)明處理得到的平衡組織，消除鋼的粗大晶粒非平衡組織 在通常淬火溫度加熱時(shí)，重新獲得粗大晶粒的組織遺傳性;經(jīng)本發(fā)明處理得到的鋼的粗大 晶粒平衡組織，在通常淬火溫度加熱時(shí)，不發(fā)生組織遺傳，而獲得細(xì)小晶粒組織，保證最終 熱處理質(zhì)量；
[0229] (5)鋼的鍛件控鍛后冷卻至氫溶解度小而擴(kuò)散系數(shù)大的C-曲線鼻部溫度等溫保 持，進(jìn)行脫氫處理；
[0230] (6)增加廢熱利用次數(shù)，提高鍛造余熱正火處理的余熱利用率；
[0231] K 點(diǎn)溫度為（400 ~550) °C;
[0232] (十四）JAi為等溫保持時(shí)間
[0233] (1)從第一件鍛件至最后一件鍛件進(jìn)入緩冷箱，間隔時(shí)間為(90~100)分鐘，這是 由于鍛件在鋼的An以下溫度長(zhǎng)期保溫，會(huì)在先共析鐵素體晶界上出現(xiàn)粗大組織；
[0234] (2)等溫保持時(shí)間以最后一件鍛件進(jìn)入緩冷箱時(shí)開(kāi)始計(jì)算等溫保持時(shí)間，等溫保 持時(shí)間JiKiSeO分鐘；
[0235] 控制鋼出緩冷箱后的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率及冷卻終止溫度；
[0236] (十五)KL為出緩冷箱緩慢冷卻一一空冷至室溫。
[0237] 鋼的鍛造余熱控鍛控冷等溫正火方法，以中碳結(jié)構(gòu)鋼為例，描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技 術(shù)方案和原理，得到的功能，本發(fā)明亦適用其他鋼種，其他鋼種為得到本鋼種經(jīng)本發(fā)明處理 后的功能，其特征、技術(shù)方案、原理、得到的功能相同之處，不再描述，不同之處描述如下： [0238](十六)為改善低碳鋼(含低碳低合金鋼）的切削性能，由鋼的正火溫度Ac3+(40~ 80) °C較快冷卻--風(fēng)冷至鋼的Ar3+(10~30) °C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的An -（10~ 30) °C，出緩冷箱較快冷卻一一風(fēng)冷至室溫，以提高鋼的硬度到適宜切削加工的范圍，切肩 易折斷，防止纏繞在工件或刀具上，提高切削加工生產(chǎn)率。
[0239](十七)為有效抑制過(guò)共析鋼滲碳體網(wǎng)的形成，為球化退火做組織準(zhǔn)備，使球化退 火易予進(jìn)行，穩(wěn)定球化退火質(zhì)量，獲得細(xì)小、均勻分布的碳化物和球化組織，由鋼的正火溫 度Acm+ (30~50) °C快速冷卻--霧冷至：
[0240] (1)鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+(10~30)°C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的C-曲線鼻 尖部溫度Tp -（10~30) °C，出緩冷箱緩慢冷卻--空冷至室溫，防止產(chǎn)生裂紋，減少畸變 量；
[0241] (2)鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp± (10~30) °C，在緩冷箱中等溫保持0秒，立即轉(zhuǎn)入 球化退火處理;這是由于霧冷抑制滲碳體網(wǎng)的形成，立即轉(zhuǎn)入球化退火處理，對(duì)霧冷的過(guò)共 析鋼進(jìn)行加熱，終止了連續(xù)冷卻，在球化退火過(guò)程中需要等溫保持以球化；
[0242] (3)凡不立即轉(zhuǎn)入球化退火處理的須在緩冷箱中，由鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+ (10~30) °C等溫保持至Τρ -（10~30) °C，出緩冷箱緩慢冷卻一一空冷至室溫;這是由于不 立即轉(zhuǎn)入球化退火，未對(duì)霧冷的過(guò)共析鋼進(jìn)行加熱，即未終止連續(xù)冷卻，為防止產(chǎn)生裂紋， 減少畸變量，須在緩冷箱中，由鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+(10~30) °C等溫保持至Τρ -（10 ~30) °C，出緩冷箱空冷至室溫。
[0243](十八)結(jié)構(gòu)鋼表面淬火后，正火預(yù)備熱處理與調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理，兩者的強(qiáng)度性能、 疲勞壽命無(wú)明顯差別；為簡(jiǎn)化工藝，用正火預(yù)備熱處理代替昂貴、高能耗的調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處 理，由鋼的正火溫度Ac3+(40~80)°C較快冷卻--風(fēng)冷至鋼的Αη+(20~40)°C，快速冷 卻一一霧冷至鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+(30~50)°C，在緩冷箱中等溫保持至鋼的C-曲線 鼻尖部溫度Τρ -（20~40) °C，出緩冷箱較快冷卻一一風(fēng)冷至室溫。
[0244](十九)為使低碳鋼(含低碳低合金鋼)大型鍛件得到數(shù)量少的鐵素體和數(shù)量多、組 織細(xì)的珠光體，強(qiáng)度、塑性和低溫韌性均得到提高，由鋼的正火溫度Ac3+(30~50) °C急速冷 卻--質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(5~10)%NaCI水溶液冷卻至鋼的C-曲線鼻尖部溫度Tp+(10~30)°C，在 緩冷箱中等溫保持至鋼的C-曲線鼻尖部溫度Τρ -（10~30)°C，出緩冷箱急速冷卻一一質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為(5~10) %NaCI水溶液冷卻至（180~240) °C，然后在靜止的空氣中冷卻至室溫，避免 大型鍛件表面層因急速冷卻產(chǎn)生淬火馬氏體的第二類回火脆性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋼的鍛造余熱正火方法，其特征是：所述方法是利用鋼的鍛造余熱進(jìn)行： (1) 鋼的控鍛，即控制鋼的鍛造溫度和鍛造變形度； (2) 鋼的控冷，即控制鋼的各臨界溫度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率； (3) 鋼的等溫正火，即在鋼的臨界溫度等溫保持進(jìn)行正火處理； (4) 鋼的等溫保持后控冷，即鋼的等溫保持后控制冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率及 冷卻終止溫度。2. 如權(quán)利要求1所述的一種鋼的鍛造余熱正火方法，其特征是:所述控制鋼的鍛造溫度 和鍛造變形度為： (一） 控制鋼的鍛造溫度： (1) 鋼的鍛造加熱溫度按鋼的通常鍛造加熱溫度和始鍛溫度確定； (2) 鋼的鍛造為在鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度范圍鍛造； (3) 鋼的始鍛溫度按鋼的通常始鍛溫度確定； (4) 鋼的終鍛溫度按比鋼的奧氏體化溫度高確定； (二） 控制鋼的鍛造變形度： 鋼的鍛造變形度為通過(guò)奧氏體變形與再結(jié)晶獲得均勻、細(xì)化、等軸的奧氏體晶粒，避免 臨界變形度和大的變形度，防止晶粒粗化。3. 如權(quán)利要求1所述的一種鋼的鍛造余熱正火方法，其特征是:所述控制鋼的各臨界溫 度的冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率為： (一） 鋼從終鍛溫度冷卻至鋼的正火溫度； (二） 鋼快速冷卻通過(guò)鋼的正火溫度。4. 如權(quán)利要求1所述的一種鋼的鍛造余熱正火方法，其特征是:所述在鋼的臨界溫度等 溫保持進(jìn)行正火處理為： (一） 鋼快速冷卻通過(guò)鋼的正火溫度至鋼的臨界溫度； (二） 在鋼的臨界溫度等溫保持進(jìn)行正火處理。5. 如權(quán)利要求1所述的一種鋼的鍛造余熱正火方法，其特征是:所述鋼的等溫保持后控 制冷卻速率、冷卻均勻性和冷卻效率及冷卻終止溫度為:控制鋼等溫保持后的冷卻速率、冷 卻均勻性和冷卻效率及冷卻終止溫度。6. 如權(quán)利要求1所述的一種鋼的鍛造余熱正火方法，其特征是:所述鋼的各臨界溫度為 鍛件表面溫度。
【文檔編號(hào)】B21J5/00GK105886717SQ201610282007
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月30日
【發(fā)明人】王中忞
【申請(qǐng)人】王中忞