一种18CrNiMo7-6钢材的热处理方法与流程

　　本发明属于特殊钢材料热处理领域，具体涉及一种18crnimo7-6钢材的热处理方法。

　　背景技术：

　　18crnimo7-6是en10084表面硬化钢的牌号，是欧洲标准化委员会的钢号表示方法，其数字编号为1.6587。18crnimo7-6硬化钢以其良好的加工性能、力学性能和高耐磨性能，被广泛适用于风电、矿山减速器齿轮、机车齿轮等。

　　18crnimo7-6是一种表面渗碳淬火的齿轮材料，轧制或锻造原材料一般以铁素体(f)+珠光体(p)组织状态交货。为了得到铁素体+珠光体组织采用等温退火工艺，原退火工艺为：870℃±10℃保温→炉冷至690℃→缓慢冷却至650℃保温→缓慢冷却至600℃保温。执行此工艺，材料奥氏体化后，冷却过程缓慢，形成的珠光体极易球化，从而更终得到的组织为铁素体+粒状珠光体，不能满足18crnimo7-6钢材中层片状珠光体的要求，而且现有热处理方法得到的钢材硬度偏低，硬度为180hbw以下，该种组织和硬度的钢材在锯切过程中容易发生粘刀。

　　因此，目前的科研和实践中，针对18crnimo7-6钢材，需要研发出一能够形成铁素体+片状珠光组织结构且硬度适中的热处理方法。

　　技术实现要素：

　　为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种18crnimo7-6钢材的热处理方法，通过控制等温退火中的降温速度和保温温度，得到具有铁素体(f)+片状珠光体(p)组织的18crnimo7-6钢材，并使该钢材具有适中硬度，本发明钢材硬度可以保持在181-229hbw硬度范围内，该种组织和硬度的钢材便于机加工，便于下料和锯切，不会产生粘刀现象，增加成材率。

　　为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

　　一种18crnimo7-6钢材的热处理方法，包括：对由18crnimo7-6钢锭锻造成的圆棒进行退火处理；所述退火处理中，先将所述圆棒升温至**保温温度并在该**保温温度下保温，然后风冷至第二保温温度并在该第二保温温度下保温，更后冷却，其中，所述**保温温度为≥800℃，所述第二保温温度为620-650℃。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述**保温温度为860-900℃；优选为880-900℃；更优选为890℃。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述第二保温温度为620-640℃，更优选为630℃。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，将所述圆棒升温至**保温温度的升温速度为50-100℃/h，优选为80℃/h；

　　所述风冷的降温速度为≥100℃/h，优选为100-200℃/h。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在该**保温温度下保温的时间为1.0-2.0h/100mm，优选为1.5h/100mm；在该第二保温温度下保温的时间为5-15h/100mm，优选为10h/100mm。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述冷却为随炉冷却至室温。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述退火处理采用台车式退火炉，优选地，所述退火炉的燃料为天然气。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，所述退火处理中，所述退火炉的炉台上设置有料座，所述料座上设置有由多个间隔开摆放的圆棒形成的圆棒层；优选地，相邻的所述圆棒层由多个间隔开摆放的垫铁件形成的垫层隔开，所述垫铁件为长条形柱状体；优选地，所述垫层和所述圆棒层均为多层。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，在所述退火炉中，同一层圆棒，相邻的圆棒之间间隔的距离为≥50mm；优选地，所述料座是由多根间隔开摆放的长条形柱状体形成的；用于形成所述料座的长条形柱状体的高度高于垫铁件的高度；更优选地，所述圆棒层为2-3层，垫层为1-2层。

　　在上述热处理方法中，作为一种优选实施方式，按质量百分比，所述18crnimo7-6硬化钢的化学成分为：碳0.15～0.21％，硅≤0.40％，锰0.50～0.90％，磷和硫均小于等于0.035％，铬1.50～1.80％，镍1.40～1.70％，钼0.25～0.35％；其余为fe及不可避免的杂质。

　　相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

　　1、本发明的热处理中，退火处理的高温的目标温度为≥800℃，并采用风冷处理，组织转变生成较高比例的层片状珠光体，可达到80％；一步风冷处理至目标温度，无需经过多次中间保温平台，不仅增加了处理效率而且可以防止贝氏体的产生及去氢气退火；因此，得到的退火后的18crnimo7-6钢材的组织结构为铁素体(f)+片状珠光体(p)，这种结构的钢材具有优异的塑性和冲击韧性，而且钢材硬度可以保持在181-229hbw硬度范围内，便于机加工，便于下料和锯切，不会产生粘刀现象或者因硬度过大不容易锯切等缺陷。

　　2、本发明的热处理中，退火处理采用均匀性好的台车式退火炉，燃料为天然气，炉温均匀性好，使18crnimo7-6圆棒均匀受热，如此使得18crnimo7-6圆棒均匀受热。

　　3、本发明的热处理中，退火处理中，采用在炉台放置料座，圆棒在料座上逐层码放的方式，再往上的各个圆棒层则通过高度一致的垫铁件隔开；同一层中，每两个相邻的圆棒之间的距离为≥50mm；如此设置方式可以使每个圆棒周围炉气氛围一致，均匀受热。

　　4、本发明的热处理方法的步骤、参数、所使用的装置、圆棒的码放方式之间协同作用，共同提高了18crnimo7-6钢材的各方面性能。

　　附图说明

　　图1为本发明的退火工艺示意图。

　　图2为实施例1中得到的18crnimo7-6钢材的组织结构图。其中，白色为铁素体(f)，黑色为层片状珠光体(p)。

　　图3为对比例3中得到的18crnimo7-6钢材的组织结构图。

　　图4为本发明的圆棒码放方式的主视方向上的示意图；1：圆棒，2：垫铁件，3：料座，4：炉台。

　　图5为本发明的圆棒码放方式的侧视方向上的示意图。

　　具体实施方式

　　本发明提供一种18crnimo7-6钢材的热处理方法。

　　按质量百分比，上述18crnimo7-6钢材的化学成分为：碳0.15～0.21％，硅≤0.40％，锰0.50～0.90％，磷和硫均小于等于0.035％，铬1.50～1.80％，镍1.40～1.70％，钼0.25～0.35％；其余为fe及不可避免的杂质。

　　上述热处理包括：对18crnimo7-6钢锭经加热后锻造成的圆棒进行退火处理，得到退火后的18crnimo7-6钢材。上述退火处理包括以下操作：

　　退火处理中，先将圆棒升温至**保温温度并在该**保温温度下保温，然后风冷至第二保温温度并在该第二保温温度下保温，更后冷却，得到退火后的18crnimo7-6圆棒。

　　**保温温度为≥800℃，优选地，**保温温度为860-900℃；更优选为880-900℃；更优选为890℃。

　　第二保温温度为620-650℃优选地，第二保温温度为620-640℃，更优选为630℃；这种温度设计避免了钢材在更低温度下转化为贝氏体组织，同时相对于原有工艺既易操作又缩短工艺过程。

　　将所述圆棒升温至**保温温度的升温速度为50-100℃/h，优选为80℃/h；在该**保温温度下保温的时间为1.0-2.0h/100mm，优选为1.5h/100mm；该保温时间主要根据棒材尺寸确定，以保证棒材均匀受热，同时使钢材组织全部奥氏体化。

　　风冷的降温速度为≥100℃/h，优选为100-200℃/h，比如110℃/h、120℃/h、130℃/h、140℃/h、150℃/h、160℃/h、170℃/h、180℃/h、190℃/h。

　　第二保温时间需要根据圆棒尺寸和规格确定，在该第二保温温度下保温的时间为5-15h/100mm，优选为10h/100mm。

　　图1示出了本发明优选的退火处理工艺。

　　本发明采用风冷进行快冷，可以使钢组织转变成较高比例的层片状珠光体；风冷处理至620-650℃且在此温度保温，可以防止贝氏体的产生及去氢气退火，还可以去除内部残余应力。

　　在第二保温温度下保温后的冷却为随炉冷却至室温。

　　本发明所述圆棒的直径优选200-700mm。

　　上述退火处理采用台车式退火炉，燃料为天然气(主要成分为甲烷ch4)。如此设置使18crnimo7-6圆棒在炉中均匀受热。

　　上述退火处理中，上述退火炉的炉台4上设置有由间隔摆放的高度一致的长条形柱状体形成的料座3，料座3的高度为400mm。

　　圆棒在料座上逐层码放，相邻圆棒层之间设置有由多个间隔开摆放的垫铁件形成的垫层；所述垫铁件为长条形柱状体，优选垫铁件的横截面边长为150mm，即长条形柱状体的高度为150mm。

　　如图4、5所示，上述圆棒在上述垫铁件形成的垫层上码放的方式为：逐层码放，每层之间用垫层隔开；同一层中，每两个相邻的圆棒之间的距离为≥50mm(比如55mm、60mm、70mm、75mm、85mm)。此方式使18crnimo7-6圆棒周围炉气氛围一致，均匀受热。即圆棒逐层摆放，相邻圆棒层之间设置有由多个间隔开摆放的垫铁件形成的垫层，相邻圆棒层之间的距离为垫铁件的横截面边长，即150mm。

　　在同一退火炉中，上述圆棒码放的层数为≤3层，优选2层。

　　本发明热处理后的18crnimo7-6圆棒的硬度值均可以达到180hbw以上，优选达到181-229hbw范围，更优选达到190-210hbw，微观组织为铁素体(f)+片状珠光体(p)，其中片层状珠光体的比例可以达到80％。

　　实施例1

　　本实施例为18crnimo7-6钢材的热处理方法。

　　按质量百分比，上述18crnimo7-6钢材的化学成分为：碳0.18％，硅0.25％，锰0.70％，磷和硫均为0.015％，铬1.6％，镍1.5％，钼0.30％；其余为fe及不可避免的杂质。

　　上述热处理方法包括的退火处理包括以下步骤：

　　先将由18crnimo7-6钢锭锻成的18crnimo7-6圆棒进行升温处理，升温速度为80℃/h，至目标温度890℃，再于该温度进行**次保温处理1.5h/100mm，再进行风冷处理(降温速度200℃/h)至目标温度630±10℃，再在该温度进行第二次保温处理10h/100mm，然后随炉冷却至室温得到退火后的18crnimo7-6圆棒。

　　上述热处理采用台车式退火炉，燃料为天然气；上述退火炉的炉台上放置有高度一致的料座(此处料座高度为400mm，圆棒的直径为500mm)。如图4所示，圆棒在炉台料座上码放的方式为：逐层码放，每层之间用垫铁件隔开(垫铁件高度150mm)；同一层中，每两个相邻的圆棒之间的距离为50mm。

　　上述退火后的18crnimo7-6圆棒的组织结构图见图2，白色为铁素体(f)，黑色为片层状珠光体(p)。由图2可以看出，片层状珠光体在整个组织结构中所占的比例大约为80％。

　　上述退火后的18crnimo7-6圆棒的硬度值范围为190-210hbw，该硬度范围的圆棒在锯切过程中，容易机加工，不容易粘刀也不费力，产品成材率高。

　　实施例2

　　本实施例的18crnimo7-6钢材的热处理方法中，18crnimo7-6钢材的化学成分与实施例1相同；热处理过程中采用的设备、燃料、圆棒在炉台上码放的方式均与实施例1相同，热处理的退火处理包括以下步骤：

　　先将由18crnimo7-6钢锭锻造成的18crnimo7-6圆棒进行升温处理，升温速度为80℃/h，升温至目标温度890℃，再于该温度进行**次保温处理1.5h/100mm，然后进行风冷(降温速度200℃/h)至目标温度650℃，再于该温度进行第二次保温处理10h/100mm，随炉冷却至室温得到退火后的18crnimo7-6圆棒。

　　上述退火后得到的18crnimo7-6圆棒的组织结构铁素体(f)+片层状珠光体(p)，其中片层状珠光体所占比例约70％。

　　上述退火后得到的18crnimo7-6圆棒硬度值范围为180-210hbw，测试样品中部分样品的硬度值在180-190hbw。

　　实施例3

　　该实施例除圆棒的部分退火工艺不同于实施例1以外，其他工艺和性能测试方法均与实施例1相同，本实施例的退火工艺中与实施例1的区别仅在于：由**保温温度降温至第二保温温度的冷却方式为风冷(冷却速度为100℃/h)。退火后的棒材的组织结构为铁素体(f)+片层状珠光体(p)，片状珠光体(p)占比约为68％，测试样品中多数硬度值在180-190hbw范围内。

　　对比例1

　　本对比例除圆棒的退火工艺不同于实施例1以外，其他工艺和性能测试方法均与实施例1相同。

　　本对比例的退火工艺为：以80℃/h的升温速度升温至870℃±10℃保温，保温时间为1.5h/100mm，然后炉冷至690℃再缓慢冷(冷却速度约为30℃/h)却至650℃保温，保温时间为10h/100mm，然后缓慢(冷却速度约为30℃/h)冷却至600℃保温，保温时间为10h/100mm，更后随炉冷却至室温。

　　图3为采用本对比例中退火工艺得到的18crnimo7-6圆棒的组织结构图。由图3可以看出，18crnimo7-6圆棒的组织以铁素体为主，且珠光体大部分为粒状珠光体，片层珠光体所占比例约30％。

　　采用本对比例中的退火工艺得到的18crnimo7-6圆棒的硬度值范围为160-180hbw，测试样品中90％以上圆棒的硬度值达不到180hbw。

　　从本对比例采用的退火工艺得到的18crnimo7-6圆棒的组织及其硬度可以看出，执行该退火工艺，材料奥氏体化后，冷却过程缓慢，形成的珠光体极易球化，从而更终得到的组织主要为铁素体+粒状珠光体，不能满足18crnimo7-6钢材组织为铁素体+层片状珠光体的要求。

　　对比例2

　　本对比例除圆棒的部分退火工艺不同于实施例1以外，其他工艺和性能测试方法均与实施例1相同，本对比例的退火工艺中与实施例1的区别仅在于：第二保温温度为600±10℃。

　　退火后的棒材的组织结构为铁素体+珠光体+粒状贝氏体。采用本对比例中的退火工艺得到的18crnimo7-6圆棒的硬度值范围为260-300hbw，硬度太高，不利于机加工，产品成材率低。

　　根据本对比例的退火工艺得到的18crnimo7-6圆棒的组织及其硬度可以看出，当第二保温温度较低时，18crnimo7-6圆棒的组织中会含有粒状贝氏体存在，大量粒状贝氏体的存在会使18crnimo7-6圆棒的硬度值显著增加。