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钢管钢材的球化退火工艺简介

球化退火又叫Spheroidizing annealing,是使钢中碳化物球化而进行的退火,得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

球化退火(Spheroidizing annealing):球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。
将钢加热到Ac1以上20~30℃,保温一段时间,然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度,并停留一段时间,使组织转变完成,得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。

球化退火主要适用于共析钢和过共析钢,如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷,所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体,这种组织硬而脆,不仅难以切削加工,且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织,其中的渗碳体呈球状颗粒,弥散分布在铁素体基体上,和片状珠光体相比,不但硬度低,便于切削加工,而且在淬火加热时,奥氏体晶粒不易长大,冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形(如冲压、冷镦等)的亚共析钢有时也可采用球化退火。

球化退火加热温度为Ac1+(20~40)℃或Acm-(20~30)℃,保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是"不完全"的,只是片状珠光体转变成奥氏体,及少量过剩碳化物溶解。因此,它不可能消除网状碳化物,如过共析钢有网状碳化物存在,则在球化退火前须先进行正火,将其消除,才能保证球化退火正常进行。

球化退火工艺方法很多,最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20~30℃,保温适当时间,然后随炉缓慢冷却,冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后,随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温,等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比,等温球化退火不仅可缩短周期,而且可使球化组织均匀,并能严格地控制退火后的硬度。

球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备。 这种工艺有利于塑性加工和切削加工,还能提高机械韧性。尤其对于轴承钢、工具钢等钢种而言,如在淬火前实施球化退火,即可获得下列效果:

轴承钢

淬火效果均一;

减少淬火变形;

提高淬火硬度;

改善工件切削性能;

提高耐磨性和抗点蚀性等轴承的性能。

工具钢

淬火效果均一;

抑制淬裂、淬弯等现象;

提高耐磨性、刀刃锋利程度及使用寿命。

根据钢种和退火目的,球化退火可分以下几种:

(1)普通球化退火,即将钢加热到730~740℃保温足够时间,然后以小于20℃/h的速度缓冷到650℃出炉。这种退火工艺适用于共析成分附近的碳素工具钢。

(2)周期球化退火,也叫循环退火。它是在A点附近的温度反复进行加热和冷却,一般进行3~4个周期,使片状珠光体在几次溶解一析出的反复过程中,碳化物得以球化。该工艺生产周期较长,操作不方便,难以控制,适用于片状珠光体比较严重的钢。

(3)等温球化退火。一般加热到800±10℃,保温后快冷到700±10℃(A1附近)再进行较长时间保温,之后,以30~50℃/h的速度冷却到600℃出炉。一般轴承钢多采用此工艺。

(4)变形-球化退火。将塑性变形与球化退火工艺结合在一起,由于塑性变形的作用,钢内位错密度和畸变能增加,促使片状碳化物在退火时加速溶断和球化,从而加快球化速度,缩短球化退火时间。

根据变形制度的不同,又可分为:

(1)将钢材加热到Acm和Ac1,之间的温度进行塑性变形,然后冷却到稍低于Ac1,温度进行球化退火;

(2)钢材在高温终轧后快冷到一定温度后直接进行等温处理的球化退火;

(3)钢材冷变形后加热到稍低于Ac1,温度而进行的球化退火。

球化退火的加热温度是影响球化程度完全与否的关键因素。加热温度选择合适,既能保证片状珠光体消失,又能保留一部分未完全溶于奥氏体的碳化物,作为球化核心,最终形成较粗大的颗粒状碳化物的正常球化组织。奥氏体化温度很高时,碳化物全部溶解并均匀化,冷却后总是得到片状珠光体。冷却速度直接影响着碳化物颗粒的大小和均匀性。冷却太快,碳化物颗粒太细,并有形成片状碳化物的可能,使硬度偏高。冷却过慢时碳化物颗粒又过于粗大。

球化前的珠光体细薄、碳化物细小而分散时,经形变热处理而得到的退化珠光体组织等最易于球化,并能缩短球化时间,提高球化质量和钢的疲劳寿命。


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