專利名稱：一種氮合金化耐蝕模具鋼的快速擴(kuò)氫處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)模具用鋼的熱處理，尤其是指氮合金化耐蝕模具鋼鍛造模塊的擴(kuò)氫熱處理。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外制造業(yè)廣泛采用精密沖壓、壓力鑄造、冷擠壓、熱擠壓等無切削、少切削工藝，模具已成為其主要的成形工具，因此模具行業(yè)在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。塑料制品種類繁多，汽車零部件如燈罩、儀表盤，光學(xué)儀器零部件如鏡頭，家用電器外殼，PVC日用塑料制品等。其中家電外殼使用的塑料是ABS+阻燃劑。某些塑料如聚氯乙烯、氟塑料、阻燃性ABS等，會(huì)分解出氯化氫、氟化氫、二氧化硫等腐蝕性氣體，對(duì)模具有一定的腐蝕作用，因此要求此類塑料制品的模具應(yīng)具有耐腐蝕性能，馬氏體不銹鋼應(yīng)用到了模具鋼領(lǐng)域，尤其是近年來新開發(fā)的氮合金化耐蝕塑料模具鋼在高拋光高耐蝕·模具鋼領(lǐng)域應(yīng)用越來越多，已成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相開發(fā)的高端模具鋼產(chǎn)品。氮合金化耐蝕模具鋼為13%Cr馬氏體不銹鋼，該類鋼中合金元素含量高，合金元素Cr含量達(dá)到13%，氫原子在鋼中的擴(kuò)散速度慢，白點(diǎn)敏感性大，鍛后易產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷。為此該鋼鍛后需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)氫處理。厚度為450mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊擴(kuò)氫處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)90小時(shí)，擴(kuò)氫時(shí)間較長(zhǎng)。傳統(tǒng)的擴(kuò)氫處理采用低溫退火工藝，圖I為氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理原工藝曲線擴(kuò)氫方法為在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后圖I前段的400 500°C -升溫-870 890°C -降溫至690 710°C并保溫，保溫時(shí)間按20h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；再降低爐溫后將工件出爐。公開號(hào)為CN102181613A專利申報(bào)中所述的擴(kuò)氫方法為600_650°C保溫40-100小時(shí)，再降低爐溫，待爐溫到450°C以下將工件出爐，自然冷卻至室溫，該擴(kuò)氫方法為傳統(tǒng)的低溫?cái)U(kuò)氫方法，擴(kuò)氫溫度低于相變點(diǎn)ACl溫度,無奧氏體相變。擴(kuò)氫時(shí)間較長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種氮合金化耐蝕模具鋼鍛后快速擴(kuò)氫處理方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種氮合金化耐蝕模具鋼鍛后快速擴(kuò)氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690 710°C并保溫，保溫時(shí)間按5 6h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；在1_2小時(shí)內(nèi)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C并保溫，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；在2-3小時(shí)內(nèi)降溫至690 710°C，并保溫，保溫時(shí)間按3 4小時(shí)/IOOmm氮合金化耐蝕模具鋼；然后冷卻至250°C以下。本發(fā)明在1-2小時(shí)內(nèi)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C后按lh/100mm氮合金化耐蝕模具鋼保溫。本發(fā)明基于以下原理
白點(diǎn)缺陷是鋼中常見的缺陷，也是一類危害性極強(qiáng)的缺陷，是不允許存在的缺陷。鋼中的白點(diǎn)缺陷呈現(xiàn)為邊緣清晰，具有銀白色光澤的圓形或橢圓形斑點(diǎn)，故稱為白點(diǎn)。白點(diǎn)缺陷主要與鋼中的氫含量有關(guān)，隨著鋼的溫度降低和
y-Fe^a-Fe轉(zhuǎn)變的進(jìn)行，鋼中的氫將變?yōu)檫^飽和并聚集形成氫的偏析區(qū)。在氫的偏析
區(qū)中，隨著鋼中氫過飽和度的增大與氫原子偏聚程度的加大，氫原子將結(jié)合為氫分子。氫分子生成后向周圍金屬施加壓力，當(dāng)氫分子生成后向周圍金屬施加壓力超過金屬的斷裂抗力時(shí)將造成原有纖維孔隙的擴(kuò)張形成微小的裂紋，即白點(diǎn)缺陷。因此降低鋼中的氫含量或氫的偏聚是防止鋼中產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷的有效方法。因氫在·珠光體中的溶解度小于在奧氏體中的溶解度，在珠光體組織狀態(tài)下有大量的氫從奧氏體中脫溶出來成為游離態(tài)的氫原子，為擴(kuò)氫創(chuàng)造了有利條件。因此傳統(tǒng)的方法是在珠光體組織狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間保溫達(dá)到擴(kuò)氫處理防止白點(diǎn)的目的。 本發(fā)明突破了傳統(tǒng)的擴(kuò)氫處理的觀點(diǎn)，利用氫在奧氏體中的溶解度高的原理進(jìn)行擴(kuò)氫處理。正火處理后先加熱使組織轉(zhuǎn)變珠光體，并在此溫度下保溫?cái)U(kuò)氫，然后再升溫至奧氏體區(qū)域(820 840°C )，并短時(shí)保溫，使輥坯表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成輥坯表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度(約高出2倍)，在輥坯的橫截面上存在氫的溶解度的梯度，其結(jié)果是內(nèi)部的氫原子隨著表層由珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變重新回溶，氫由內(nèi)部向表層快速遷移，因此提高了氫的擴(kuò)散速度，達(dá)到了快速擴(kuò)氫的目的。采用本發(fā)明，氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊的鍛后擴(kuò)氫時(shí)間由原來的20h/100mm至少縮短為12h/100mm,以厚度為450mm的模塊為例至少可縮短鍛后擴(kuò)氫時(shí)間36小時(shí)，既縮短了鍛后熱處理周期，提高了熱處理爐的產(chǎn)能，又降低了能耗。本發(fā)明通過在相變點(diǎn)附近上下循環(huán)加熱的方法，使氮合金化耐蝕模具鋼的組織發(fā)生從奧氏體到珠光體的多次轉(zhuǎn)變，利用氫在不同組織中的溶解度的變化加快氫在鋼中的擴(kuò)散，從而縮短氮合金化耐蝕模具鋼的鍛后擴(kuò)氫處理的時(shí)間。


圖I為氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理傳統(tǒng)工藝曲線圖。圖2為本發(fā)明的氮合金化耐蝕模具鋼快速擴(kuò)氫處理工藝曲線圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例I厚度為300mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理工藝曲線圖。圖4本發(fā)明實(shí)施例2厚度為350mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理工藝曲線圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3厚度為450mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理工藝曲線圖。
具體實(shí)施例方式參見圖2，本發(fā)明氮合金化耐蝕模具鋼鍛后快速擴(kuò)氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690 710°C并保溫，保溫時(shí)間按5 6h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；在1-2小時(shí)內(nèi)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C并按lh/100mm氮合金化耐蝕模具鋼保溫，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；在2-3小時(shí)內(nèi)降溫至690 710°C，并保溫，保溫時(shí)間按3 4小時(shí)/IOOmm氮合金化耐蝕模具鋼；然后冷卻至250°C以下。實(shí)施例I
厚度為300mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理方法(參見圖3):在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690 710°C并保溫15h ;然后經(jīng)I小時(shí)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C并保溫3小時(shí)，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；經(jīng)2小時(shí)降溫至690 710°C，并保溫10小時(shí)；然后冷卻至250°C以下出爐。
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實(shí)施例2
厚度為350mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理方法(參見圖4):在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690 710°C并保溫21h ;然后經(jīng)2小時(shí)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C并保溫3. 5小時(shí)，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；經(jīng)2小時(shí)降溫至690 710°C，并保溫12小時(shí)；然后冷卻至250°C以下出爐。實(shí)施例3
厚度為450mm的氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊鍛后擴(kuò)氫處理方法(參見圖5):在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690 710°C并保溫26h ;然后經(jīng)2小時(shí)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C并保溫4. 5小時(shí)，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；經(jīng)3小時(shí)降溫至690 710°C，并保溫18小時(shí)；然后冷卻至250°C以下出爐。本發(fā)明對(duì)氮合金化耐蝕模具鋼厚度為300 450mm的鍛制模塊采用快速擴(kuò)氫處理工藝，擴(kuò)氫處理時(shí)間縮短了 29 36. 5h，共處理了 106件氮合金化耐蝕模具鋼鍛制模塊，均未產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷。本發(fā)明打破了傳統(tǒng)的擴(kuò)氫處理方法，實(shí)現(xiàn)了快速擴(kuò)氫，有效縮短了熱鍛模用鋼鍛后熱處理時(shí)間，對(duì)提高氮合金化耐蝕模具鋼市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。
權(quán)利要求
1.ー種氮合金化耐蝕模具鋼鍛后快速擴(kuò)氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690 710°C并保溫，保溫時(shí)間按5 6h/1OOmm氮合金化耐蝕模具鋼；在1_2小時(shí)內(nèi)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C并保溫，以使氮合金化耐蝕模具鋼表層區(qū)域發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，造成氮合金化耐蝕模具鋼表層的氫的溶解度高于內(nèi)部區(qū)域氫的溶解度，在氮合金化耐蝕模具鋼的橫截面上存在氫的溶解度的梯度；在2-3小時(shí)內(nèi)降溫至690 710°C，并保溫，保溫時(shí)間按3 4小時(shí)/IOOmm氮合金化耐蝕模具鋼；然后冷卻至250°C以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速擴(kuò)氫處理方法，其特征在于在1-2小時(shí)內(nèi)升溫至奧氏體區(qū)域820 840°C后按lh/100mm氮合金化耐蝕模具鋼保溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮合金化耐蝕模具鋼鍛后快速擴(kuò)氫處理方法，在氮合金化耐蝕模具鋼鍛后升溫至690～710℃并保溫，保溫時(shí)間按5～6h/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；在1-2小時(shí)內(nèi)升溫至奧氏體區(qū)域820～840℃并保溫；在2-3小時(shí)內(nèi)降溫至690～710℃，并保溫，保溫時(shí)間按3～4小時(shí)/100mm氮合金化耐蝕模具鋼；然后冷卻至250℃以下。本發(fā)明通過在相變點(diǎn)附近上下循環(huán)加熱的方法，使氮合金化耐蝕模具鋼的組織發(fā)生從奧氏體到珠光體的多次轉(zhuǎn)變，利用氫在不同組織中的溶解度的變化加快氫在鋼中的擴(kuò)散，從而縮短氮合金化耐蝕模具鋼的鍛后擴(kuò)氫處理的時(shí)間。
文檔編號(hào)C21D8/00GK102787227SQ20121028143
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者李民華 申請(qǐng)人:湖北上大模具材料科技有限公司