一种低碳钢及其热处理工艺制造技术

本申请涉及低碳钢的领域，具体公开了一种低碳钢及其热处理工艺。低碳钢的热处理工艺包括以下步骤：S1：预热；S2：渗碳；S3：淬火；S4：清洗回火。本申请采用加入超声和重复墩粗、拉拔的步骤，超声产生的振动促进钢板中奥氏体的晶核提前形成，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得形成的晶粒更加细小，重复进行拉拔和墩粗的操作，有利于钢板内贝氏体、珠光体、铁素体的分散，使得低碳钢整体的硬度和强度更加均匀，同时由于高温和形变，加速了珠光体的转变，提高了低碳钢的强度和硬度，使得采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性和硬度可满足齿轮轴的实际使用需求。际使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳钢及其热处理工艺


[0001]本申请涉及低碳钢的领域，更具体地说，它涉及一种低碳钢及其热处理工艺。

技术介绍

[0002]齿轮轴是指支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件，其性能要求较高。低碳钢为碳含量低于0.25％的碳素钢，具有较高的韧性和延展性，可满足各种结构件的加工需要，因而被广泛应用于制造建筑构件、压力容器辊道辊、土壤耕作部件等结构件。
[0003]如专利公开号为CN103468853A的中国技术专利，公开了一种低碳钢的冶炼方法，包括以下步骤：第一步，取铁合金、锰合金和改质剂。将铁合金、锰合金和改质剂混合后进行粉碎。第二步，粗炼，将上一步骤得到的混合物放入转炉进行冶炼，温度1500摄氏度，出钢后使得钢包内氧含量最终控制在150～200ppm之间，氩站喂铝线控制钢中铝的含量在0.003％～0.007％之间，完成粗炼。第三步、精炼，对铝合金中铝的含量进行调整，至0.002％以下，使转炉内碳的含量达到0.001％～0.003％之间，经ans处理后，成品碳达到小于0.001％，经过冷却处理，完成制备过程。
[0004]采用上述冶炼方法制得的低碳钢产出率高、成本低、对环境的污染小，但上述低碳钢的强度和硬度较差，采用上述低碳钢加工形成齿轮轴，齿轮轴的耐磨性和硬度无法满足齿轮轴的使用需求，有待改进。

技术实现思路

[0005]为了改善低碳钢的硬度和强度较差的问题，本申请提供一种低碳钢及其热处理工艺。
[0006]第一方面，本申请提供一种低碳钢的热处理工艺，采用如下的技术方案：一种低碳钢的热处理工艺，包括以下步骤：S1：预热：将钢板预热至300
‑
400℃；S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至850
‑
880℃，在碳势为1.0
‑
1.3的气氛下保温4
‑
6h，进行强渗，接着降温至800
‑
850℃，在0.8
‑
1.0的碳势下扩散5
‑
6h；S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500
‑
600℃进行回火，回火保温3
‑
5h，接着将钢板加热至800
‑
950℃，保温并超声1
‑
1.5h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6
‑
8次，冷却至室温。
[0007]通过采用上述技术方案，超声产生的振动促进钢板中奥氏体的晶核提前形成，使钢板内奥氏体的晶核数目增加，缩小了奥氏体晶粒的长大空间，抑制了奥氏体晶粒的长大，使得形成的晶粒更加细小。
[0008]重复进行拉拔和墩粗的操作，有利于钢板内贝氏体、珠光体、铁素体的分散，使得低碳钢整体的硬度和强度更加均匀，进而间接提高了低碳钢整体的强度和硬度，使得采用
上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性和硬度可满足齿轮轴的实际使用需求。
[0009]同时由于高温和形变，使得奥氏体的能量有所增加，降低了奥氏体的稳定性，有利于奥氏体到铁素体的转变，进而加速了珠光体的转变，增加了低碳钢内珠光体的数量，从而提高了低碳钢的强度和硬度。
[0010]渗碳步骤中，采用较高的碳势和温度进行强渗，有利于大量碳原子渗入钢板表面，加快了渗碳速度，之后采用较低的碳势和温度进行扩渗，使钢板表面从外至内形成一个平缓的碳浓度梯度，减少了过高的表面碳浓度导致碳化物等其他物质的产生，并减小由于渗碳热处理导致的应力，使得渗碳后钢板的机械性能更佳。
[0011]当高温的钢板浸入盐水后，在蒸汽膜阶段，由于高温的影响，盐水析出盐的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，使得钢板表面的氧化皮被炸碎，进而可提高盐水在高温下的冷却能力。接着通过水将钢板表面残留的盐水及时冲去，以减少盐水对钢板的腐蚀。以盐水淬火替换油淬，减少了后续清理钢板表面油液的步骤，简化了工艺，并降低了热处理的成本，有利于实际生产。
[0012]优选的，按质量百分数计，所述钢板包括如下组分：C：0.06
‑
0.10％、Si：0.48
‑
0.60％、Mn：0.84
‑
1.10％、Ni：0.15
‑
0.40％、Cr：0.80
‑
1.50％、Ti：0.09
‑
0.18％、B：0.005
‑
0.009％、V：0.15
‑
0.23％、Mo：0.18
‑
0.5％、Ca：0.002
‑
0.005％、S≤0.008％、P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
[0013]通过采用上述技术方案，钢板内的Ga在高温下融化，部分融化的Ga与钢板内渗入的C发生反应形成GaC沉淀并析出，抑制了奥氏体再结晶的发生，并抑制了奥氏体晶粒的长大，使得在后续转变贝氏体的过程中，贝氏体的晶粒得以细化，从而可进一步提高低碳钢的强度和硬度。
[0014]适当加入C可提高低碳钢的强度和硬度。
[0015]Si对铁素体具有固溶强化作用，可提高低碳钢的强度和硬度，还可提高钢的淬透性，进而能提高低碳钢的耐磨性。
[0016]P与S、Mn联合使用，可增加低碳钢的被切削性，舒蝶低碳钢更易于加工，有利于低碳钢的实际应用。
[0017]Ni具有固溶强化及提高淬透性的作用，加入后可细化低碳钢中的铁素体晶粒，对低碳钢的强度和硬度有一定的提升作用，且在强度相同的条件下，可提高低碳钢的塑性和韧性。
[0018]Cr的加入能增加低碳钢的淬透性并有二次硬化作用，并能增加低碳钢的热强性，从而可提高低碳钢的耐磨性。
[0019]V的加入可细化晶粒，使得低碳钢在加热的时候奥氏体晶粒不至于生长的过于粗大，从而提高钢的强度。
[0020]Ti与C形成TiC颗粒，TiC颗粒具有较大的硬度，有利于提高低碳钢的耐磨性。
[0021]Mo的加入能提高钢的淬透性，还能抑制低碳钢中其他合金元素导致的回火脆性，能使低碳钢具有二次硬化作用，有利于提高低碳钢的硬度和强度。
[0022]优选的，所述S3中，所述盐水包括质量比为(15
‑
20):1的水和氯化钠。
[0023]优选的，所述盐水中还包括尿素，尿素和氯化钠的质量比为1:(2
‑
4)。
[0024]通过采用上述技术方案，尿素受热分解产生氨气,部分氨气进一步受热分解产生
氮气和氢气，并随着温度骤冷，产生的氮气和氢气越少，氨气越多，此时，钢板在氨气、氮气和氢气的气氛下可发生渗氮，渗入的N可与低碳钢内的Cr、V、Mo反应生成CrN、VN、MoN，CrN、VN、MoN具有较高的硬度和耐磨性，从而可提高低碳钢表面的硬度和耐磨性，进而进一步提高了采用上述低碳钢制得的齿轮轴的耐磨性。
[0025]优选的，所述S4中，墩粗再拉拔后，在压力为6GP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低碳钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1：预热：将钢板预热至300
‑
400℃；S2：渗碳：将S1中预热后的钢板加热至850
‑
880℃，在碳势为1.0
‑
1.3的气氛下保温4
‑
6h，进行强渗，接着降温至800
‑
850℃，在0.8
‑
1.0的碳势下扩散5
‑
6h；S3：淬火：将步骤S2中扩散后的钢板盐水淬至110℃以下；S4：清洗回火：将步骤S3的钢板用水冲洗，再加热至500
‑
600℃进行回火，回火保温3
‑
5h，接着将钢板加热至800
‑
950℃，保温并超声1
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1.5h，再将上述钢板进行墩粗再拉拔，重复操作6
‑
8次，冷却至室温。2.根据权利要求1所述的低碳钢的热处理工艺，其特征在于：按质量百分数计，所述钢板包括如下组分：C：0.06
‑
0.10％、Si：0.48
‑
0.60％、Mn：0.84
‑
1.10％、Ni：0.15
‑
0.40％、Cr：0.80
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1.50％、Ti：0.09
‑
0.18％、B：0.005
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0.009％、Mo：0.18
‑
0.28％、Ca：0.002
‑
0.005%、S≤0.008%、P≤0.01%，余量为Fe和不可避免的其他杂质。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云福，
申请(专利权)人：温岭市云福热处理厂，
类型：发明
国别省市：