阅读说明：本技术 提升高强钢冲击韧性的热加工方法 (Hot working method for improving impact toughness of high-strength steel ) 是由 王交其 冯伟 胡永平 邵忠伟 周仲成 涂明金 刘海江 陈献刚 郭运来 郭元 郭转 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提升高强钢冲击韧性的热加工方法,包括：锻造坯料和坯料高温扩散,扩散温度为1230℃-1270℃,扩散时间为20-35小时；二次变形和退火；坯料的锻造比大于等于2.5,坯料二次变形的锻造比大于等于3.0。本发明能够有效提高高强钢的冲击性能。(The invention discloses a hot working method for improving impact toughness of high-strength steel, which comprises the following steps: the forging blank and the blank are diffused at high temperature, the diffusion temperature is 1230-1270 ℃, and the diffusion time is 20-35 hours; secondary deformation and annealing; the forging ratio of the billet is 2.5 or more, and the forging ratio of the secondary deformation of the billet is 3.0 or more. The invention can effectively improve the impact property of the high-strength steel.)

提升高强钢冲击韧性的热加工方法

技术领域

本发明属于钢铁热加工领域，具体说，涉及一种提升高强钢冲击韧性的热加工方法。

背景技术

近几年特殊钢产品市场，尤其高强韧钢方面市场竞争日趋激烈，产品要求越来越高，随着产品性能需求的提升，对材料的性能要求越来越高。为满足产品需求，对于特定的材料，一方面需要提升材料制造装备的水平(比如采用氩气保护电渣重熔控氧)；另一方面也需要在工艺技术方面创新，充分发挥材料的性能潜力，不断开发高强韧特殊钢新产品，例如高压气瓶、高品质模具钢、高强钢等特殊钢的高端产品。然而一些特钢新产品在规定强度、硬度条件下冲击韧性不达标或波动较大，严重影响产品推向市场的速度。

多年来的特殊钢生产实践中，当材料化学成分确定后，其冶炼纯净度、凝固质量、成型工艺、热处理组织形态均是锻件性能的重要影响因素。为此，在现有设备能力和纯净度水平条件下，需要通过成型和热处理过程工艺创新，挖掘材料性能潜力，在保证强度的前提下提高材料韧性，突破制约产品性能，实现材料性能提升，促进特钢产品向高端发展需求显得十分迫切。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种提升高强钢冲击韧性的热加工方法，能够有效提高高强钢的冲击性能。

技术方案如下：

一种提升高强钢冲击韧性的热加工方法，包括：

锻造坯料和坯料高温扩散，扩散温度为1230℃-1270℃，扩散时间为20-35小时；

二次变形和退火；坯料的锻造比大于等于2.5，坯料二次变形的锻造比大于等于3.0。

进一步，对于曲轴钢、高压气瓶钢，先进行锻造坯料后进行坯料高温扩散；扩散温度为1230℃～1250℃，扩散时间为20-25h。

进一步，锻造坯料前还包括：电炉冶炼、LF+VD精炼、铸锭、电渣重融、加热的步骤；坯料高温扩散前还包括：坯料退火、坯料预热、加热的步骤。

进一步，对于曲轴钢，退火时，淬火温度为850±15℃，回火温度为580±50℃，采用水或油冷却。

进一步，对于高压气瓶钢，退火时，890℃保温2小时，正火后880℃保温2小时，淬火后560℃保温4小时回火。

进一步，对于模具钢先进行坯料高温扩散后进行锻造坯料，扩散温度采取1250℃～1270℃，扩散时间采取25-30h。

进一步，高温扩散前还包括：电炉冶炼、LF+VD精炼、铸锭、预热、加热的步骤；二次变形前还包括：坯料球化退退火、坯料预热、加热的步骤。

进一步，对于模具钢，退火时经1030℃保温30分钟，油淬；590-610℃至少回火2次。

进一步，坯料的锻造比在3.0以上，坯料二次变形的锻造比在2.5以上。

进一步，曲轴类、高压气瓶钢坯料的锻造比≥2.5，二次变形的锻造比≥3.0；模具钢类产品坯料的锻造比≥2.5，二次变形的锻造比≥4.0。

本发明技术效果包括：

本发明在冲击性能提升上，对特殊钢尤其是高强钢的作用显著。该方法实现了高强钢冲击韧性提高15％技术指标，对特殊钢产品而言意义重大。应用结构钢、高压气瓶钢、高品质模具钢等典型的高强钢，通过高温扩散、二次变形的方式对曲轴、模具钢、炮钢产品冲击性能提升幅度达到19.25％以上，突破了原有成型方式，为高性能产品生产开辟了新路径。方法生产的产品综合性能优良，性能稳定。

目前，从冶炼上提高钢水纯净度，热处理上挖潜材料的潜能方面研究的比较多，但是性能提高幅度有限，没有大的突破。从锻造方面研究的比较少，采用单一传统工艺锻造技术，在现有设备、材料条件下，冲击性能有较大幅度提升是难以实现的。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

本发明以研究钢锭高温扩散对性能的影响为基础，结合锻造二次变形加工，是一种适用于提升高强钢冲击韧性，提升材料综合力学性能的热加工方法。本发明针对结构类、模具类高强钢作为应用对象，通过热加工方法提升材料综合力学性能，从该类钢的组织转变规律及热加工变形着手，将高温扩散及二次变形相结合，达到发掘材料综合性能的目的，

提升高强钢冲击韧性的热加工方法，具体步骤如下：

步骤1：锻造坯料和坯料高温扩散，扩散温度为1230℃-1270℃，扩散时间为20-35小时；

对于曲轴钢、高压气瓶钢，先进行锻造坯料后进行坯料高温扩散。扩散温度采取1230℃～1250℃，扩散时间采取20-25h。锻造坯料前还包括：电炉冶炼、LF+VD精炼、铸锭、电渣重融、加热的步骤；坯料高温扩散前还包括：坯料退火、坯料预热、加热的步骤。

对于模具钢先进行坯料高温扩散后进行锻造坯料，高温扩散前还包括：电炉冶炼、LF+VD精炼、铸锭、预热、加热的步骤。模具钢产品由于碳含量和碳化物形成元素的含量高，为防止碳化物液析裂纹对产品质量造成影响，钢锭进行高温扩散，在铸态下消除液析。模具钢类产品扩散温度采取1250℃～1270℃，扩散时间采取25-30h。

具体扩散温度、时间设计见表1所示。

表1扩散温度、时间

产品类型	扩散温度	扩散时间	扩散时机
				曲轴类产品	1230℃～1250℃	20h	二次变形前坯料扩散
模具钢类产品	1250℃～1270℃	25h	钢锭高温扩散
				高压气瓶钢类产品	1230℃～1250℃	20h	二次变形前坯料扩散

步骤2：二次变形和退火；坯料的锻造比大于等于2.5，坯料二次变形的锻造比大于等于3.0。

锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法，通常以金属变形前后的横截面积的比值来表示。本发明通过成分均匀和组织均匀来提高钢产品性能。一般地，高温扩散可改善成分偏析，但是，扩散后的钢锭(坯料)不经过退火冷却，会使锻件过热，会使产品有粗晶、混晶、组织不均匀现象，从而使产品力学性能降低。实际生产中证明，对于特种钢，尤其含CrNiMo的高强钢，仅仅通过热处理是难以消除其粗晶、混晶、组织不均匀现象的。

对于模具钢类产品，二次变形前还包括：坯料球化退退火、坯料预热、加热的步骤。

坯料锻造比的选择，精炼锭的锻造比在4.0以上，电渣锭的锻造比在3.0以上，坯料处于锻透的组织状态；坯料二次变形的锻造比在2.5以上，保证夹杂物改善弥散分布，选择棒类坯料，锻造前后采用相同变形方法，便于锻前锻后对比条件相同。

曲轴类、高压气瓶钢产品坯料的锻造比≥2.5，二次变形的锻造比≥3.0；模具钢类产品坯料的锻造比≥2.5，二次变形的锻造比≥4.0。具体锻造参数设计见表2所示。

表2锻造技术参数

二次变形后采用与坯料相同退火工艺。为对比条件相同，二次变形前后全部采用小试样在相同的热处理制度条件下进行性能检测，曲轴采用纵向试样，模具钢、炮钢采用横向试样，其试样热处理参数设计见表3。

表3小试样热处理技术参数

高温扩散+二次变形后试验情况。

1、曲轴试验情况

1.1曲轴类二次变形前后技术指标项目检测结果。

在二次变形前的锻件上从印记端量取1000mm切取试片150mm做组织、性能检测，在二次变形后的锻件直径φ200台上切除端头150mm后切片做组织、性能检测，其检测结果见表4。

表4曲轴锻件组织、性能检测结果

1.2重新退火后技术指标项目检测结果

二次变形后锻件由于只进行了低温退火，组织为贝氏体，晶粒度为4.0级。小试样采用与二次变形前在相同的热处理条件下的冲击性能提高8.06％，说明高温扩散+二次变形起到效果，为此进行重新退火，其冲击性能检测结果见表5。

表5重新退火性能检测结果

1.3二次变形锻前后冲击性能对比

在SAE4140曲轴钢锻件上经过高温扩散+二次二次变形，且二次二次变形锻比在2.5以上，二次变形后采用原锻件同等条件的退火，试样经过相同的热处理制度，而平均冲击提高幅度达到21.3％，达到预期指标15％的要求，单个提高值在8.24J～21.1J，提高幅度在12.16％～31.2％之间，具体结果见表6。

表6二次变形前后冲击对比

2、模具钢试验情况

1、二次变形前后技术指标检测情况

在二次变形前后切去150mm端头，再切取横向试片，在试片中心部位做晶粒度、退火组织、冲击性能，二次变形前后的技术指标检测结果见表7。

表7二次变形前后技术指标检测结果

2、二次变形前后冲击性能对比情况

在实际晶粒度和退火组织相近的情况下，其冲击性能值有较大幅度提高，二次变形前V型缺口冲击功平均18.3J，二次变形后V型缺口冲击功平均达到28.67J，平均提高了10.37J，提高幅度达到56.7％，具体对比结果见8。

表8二次变形前后冲击对比

3、高压气瓶钢钢试验情况

1、高压气瓶钢二次变形前后力学性能

在二次变形前后试料的1/2处半径处取横向试样(20mm*20mm)采用相同的热处理制度，性能检测检测结果见表9。

表9二次变形前后性能检测结果

2、二次变形前后冲击性能对比

二次变形前后在强度等同的情况下，冲击性能二次变形前为平均51.97J，较二次变形43.58J，提高8.39J,提高幅度达到19.25％，达到预期效果，具体见表10。

表10二次变形前后冲击性能对比

综上所述，本发明在冲击性能提升上对特殊钢尤其是高强钢作用显著，采用高温扩散、二次变形联合成形集成技术工艺流程，工艺流程中各个成形点的技术参数的确定以及成形点相互之间连接关系，是现有技术没有的，具体如下：

一、一次锻造成形与二次变形成形的成形比的大小和相互之间的配置对产品组织状态的影响；

二、高温扩散时机、扩散温度、扩散时间消除偏析对冲击性能的影响；

三、一次锻造后退火处理，减少锻件中气体含量，利于二次变形中夹杂物的弥散分布和细化。从产品性能检测结果看，本发明处理后材料的冲击性能在原有产品的基础上提高19.25％～56.7％，为高性能产品的开拓提供一条生产途径和技术储备。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。