钢材热处理方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010945433.X (22)申请日 2020.09.10 (71)申请人 中车大同电力机车有限公司 地址 037038 山西省大同市平城区前进街1 号 (72)发明人 张晶王孝卿张文磊米奕媛 徐盛春 (74)专利代理机构 北京律智知识产权代理有限 公司 11438 代理人 孙宝海阚梓瑄 (51)Int.Cl. C21D 1/28(2006.01) C21D 1/18(2006.01) (54)发明名称 钢材热处理方法 (57)摘要 本发明提出一种钢材热处理方法， 其包含。

2、以 下步骤： 正火预备热处理， 对钢材进行正火预备 热处理； 第一次淬火， 对钢材进行淬火处理； 第二 次淬火， 对钢材进行二次淬火处理， 第二次淬火 的加热温度低于第一次淬火的加热温度， 第二次 淬火的加热时间少于第一次淬火的加热时间； 回 火， 对钢材进行回火处理。 本发明提出的钢材热 处理方法， 在调质热处理过程中的增加二次淬火 的工艺， 解决了机车铸造用E级钢材质在热处理 中存在的低温冲击韧性经常和强度不匹配的问 题。 与现有处理方法采用的单一调质工艺相比， 本发明可以提高热处理的一次性合格率。 本发明 采用合理的热处理工艺能够改善金属晶粒显微 组织并提高材料力学性能， 并提高生产制造。

3、效率 和设备利用率。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 112048597 A 2020.12.08 CN 112048597 A 1.一种钢材热处理方法， 其特征在于， 包含以下步骤： 正火预备热处理， 对钢材进行正火预备热处理； 第一次淬火， 对钢材进行淬火处理； 第二次淬火， 对钢材进行二次淬火处理， 第二次淬火的加热温度低于第一次淬火的加 热温度， 第二次淬火的加热时间少于第一次淬火的加热时间； 回火， 对钢材进行回火处理。 2.根据权利要求1所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 正火预备热处理的处理温度为 900940； 和/或， 正火预备热处理的预处理时间为1.5h2.5。

4、h； 和/或， 正火预备热处 理的冷却方式为空冷。 3.根据权利要求1所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 第一次淬火的加热温度为885 915； 和/或， 第一次淬火的加热时间为3h4h； 和/或， 第一次淬火的冷却方式为水 冷。 4.根据权利要求1所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 第二次淬火包含以下步骤： 加热至第一加热温度； 在所述第一加热温度下保温第一加热时间； 加热至第二加热温度， 所述第二加热温度低于第一次淬火的加热温度； 在所述第二加热温度下保温第二加热时间， 所述第二加热时间少于所述第一加热时 间， 且所述第一加热时间与所述第二加热时间之和小于第一次淬火的加热时间； 冷却。。

5、 5.根据权利要求4所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 所述第一加热温度为600 640， 所述第二加热温度为820860。 6.根据权利要求4所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 所述第一加热时间为1.5h 2.5h， 所述第二加热时间为0.25h0.75h。 7.根据权利要求4所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 第二次淬火的冷却方式为水 冷。 8.根据权利要求1所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 第二次淬火是直接加热至加热 温度； 其中， 第二次淬火的加热温度为820860， 加热时间为2h3h。 9.根据权利要求1所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 回火的处理温度为560610 。

6、； 和/或， 回火的热处理时间为3.5h4h； 和/或， 回火的冷却方式为水冷或者空冷。 10.根据权利要求1所述的钢材热处理方法， 其特征在于， 第一次淬火的冷却方式为水 冷， 且水冷冷却工艺包含冷却水搅拌循环， 冷却水温度小于或者等于30； 和/或， 第二次淬 火的冷却方式为水冷， 且水冷冷却工艺包含冷却水搅拌循环， 冷却水温度小于或者等于30 ； 和/或， 回火的冷却方式为水冷， 且水冷冷却工艺包含冷却水搅拌循环， 冷却水温度小于 或者等于30。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112048597 A 2 钢材热处理方法 技术领域 0001 本发明涉及钢材的热处理技术领域， 尤其涉及一。

7、种钢材热处理方法。 背景技术 0002 随着我国铁路重载需求的不断发展， 机车用铸钢对材料要求越来越高， E级钢 (ZG25MnCrNiMo)作为一种常用的机车铸件用钢， 广泛应用于各类需要较高力学性能的机车 铸件， 尤其是车钩类零部件， 目前的E级钢热处理方法通常为 “淬火+回火” 的调质工艺(例如 900淬火与560回火)。 然而， 在实际生产中， 经过上述现有工艺处理的E级钢， 在-40低 温冲击韧性经常和强度不匹配， 往往需要二次热处理才能使力学性能达到标准要求。 因此， 对E级钢进行合理的热处理工艺设计成为本领域亟待解决的一项重要课题。 发明内容 0003 本发明的一个主要目的在于克。

8、服上述现有技术的至少一种缺陷， 提供一种能够显 著提升钢材的一次性合格率的钢材热处理方法。 0004 为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案： 0005 根据本发明的一个方面， 提供一种钢材热处理方法； 其中， 所述的钢材热处理方法 包含以下步骤： 0006 正火预备热处理， 对钢材进行正火预备热处理； 0007 第一次淬火， 对钢材进行淬火处理； 0008 第二次淬火， 对钢材进行二次淬火处理， 第二次淬火的加热温度低于第一次淬火 的加热温度， 第二次淬火的加热时间少于第一次淬火的加热时间； 0009 回火， 对钢材进行回火处理。 0010 根据本发明的其中一个实施方式， 正火预备热处理的。

9、处理温度为900940； 和/或， 正火预备热处理的预处理时间为1.5h2.5h； 和/或， 正火预备热处理的冷却方式为 空冷。 0011 根据本发明的其中一个实施方式， 第一次淬火的加热温度为885915； 和/ 或， 第一次淬火的加热时间为3h4h； 和/或， 第一次淬火的冷却方式为水冷。 0012 根据本发明的其中一个实施方式， 第二次淬火包含以下步骤： 0013 加热至第一加热温度； 0014 在所述第一加热温度下保温第一加热时间； 0015 加热至第二加热温度， 所述第二加热温度低于第一次淬火的加热温度； 0016 在所述第二加热温度下保温第二加热时间， 所述第二加热时间少于所述第一。

10、加热 时间， 且所述第一加热时间与所述第二加热时间之和小于第一次淬火的加热时间； 0017 冷却。 0018 根据本发明的其中一个实施方式， 所述第一加热温度为600640， 所述第二 加热温度为820860。 说明书 1/6 页 3 CN 112048597 A 3 0019 根据本发明的其中一个实施方式， 所述第一加热时间为1.5h2.5h， 所述第二加 热时间为0.25h0.75h。 0020 根据本发明的其中一个实施方式， 第二次淬火的冷却方式为水冷。 0021 根据本发明的其中一个实施方式， 第二次淬火是直接加热至加热温度； 其中， 第二 次淬火的加热温度为820860， 加热时间为。

11、2h3h。 0022 根据本发明的其中一个实施方式， 回火的处理温度为560610； 和/或， 回火 的热处理时间为3.5h4h； 和/或， 回火的冷却方式为水冷或者空冷。 0023 根据本发明的其中一个实施方式， 第一次淬火的冷却方式为水冷， 且水冷冷却工 艺包含冷却水搅拌循环， 冷却水温度小于或者等于30； 和/或， 第二次淬火的冷却方式为 水冷， 且水冷冷却工艺包含冷却水搅拌循环， 冷却水温度小于或者等于30； 和/或， 回火的 冷却方式为水冷， 且水冷冷却工艺包含冷却水搅拌循环， 冷却水温度小于或者等于30。 0024 由上述技术方案可知， 本发明提出的钢材热处理方法的优点和积极效果在。

12、于： 0025 本发明提出的钢材热处理方法， 在调质热处理过程中的增加二次淬火的工艺， 解 决了机车铸造用E级钢材质在热处理中存在的低温冲击韧性经常和强度不匹配的问题。 与 现有处理方法采用的单一调质工艺相比， 本发明可以提高热处理的一次性合格率。 本发明 采用合理的热处理工艺能够改善金属晶粒显微组织并提高材料力学性能， 并提高生产制造 效率和设备利用率。 附图说明 0026 通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明， 本发明的各种目 标、 特征和优点将变得更加显而易见。 附图仅为本发明的示范性图解， 并非一定是按比例绘 制。 在附图中， 同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。 。

13、其中： 0027 图1是根据一示例性实施方式示出的一种钢材热处理方法的工艺流程示意图。 具体实施方式 0028 体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。 应理解的是本 发明能够在不同的实施例上具有各种的变化， 其皆不脱离本发明的范围， 且其中的说明及 附图在本质上是作说明之用， 而非用以限制本发明。 0029 在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中， 参照附图进行， 所述附图形成 本发明的一部分， 并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结 构、 系统和步骤。 应理解的是， 可以使用部件、 结构、 示例性装置、 系统和步骤的其他特定方 案， 并且可在不偏。

14、离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。 而且， 虽然本说明书中可 使用术语 “之上” 、“之间” 、“之内” 等来描述本发明的不同示例性特征和元件， 但是这些术语 用于本文中仅出于方便， 例如根据附图中所述的示例的方向。 本说明书中的任何内容都不 应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。 0030 参阅图1， 其代表性地示出了本发明提出的钢材热处理方法的工艺流程示意图。 在 该示例性实施方式中， 本发明提出的钢材热处理方法是以应用于对机车铸造用E级钢材质 进行热处理为例进行说明的。 本领域技术人员容易理解的是， 为将本发明的相关设计应用 于其他类型的钢材的热处理或其他工艺中， 。

15、而对下述的具体实施方式做出多种改型、 添加、 说明书 2/6 页 4 CN 112048597 A 4 替代、 删除或其他变化， 这些变化仍在本发明提出的钢材热处理方法的原理的范围内。 0031 如图1所示， 在本实施方式中， 本发明提出的钢材热处理方法可以包含以下步骤： 0032 正火预备热处理， 对钢材进行正火预备热处理； 0033 第一次淬火， 对钢材进行淬火处理； 0034 第二次淬火， 对钢材进行二次淬火处理， 第二次淬火的加热温度低于第一次淬火 的加热温度， 第二次淬火的加热时间少于第一次淬火的加热时间； 0035 回火， 对钢材进行回火处理。 0036 可选地， 如图1所示， 在。

16、本实施方式中， 对于 “正火预备热处理” 的步骤而言， 正火预 备热处理的处理温度可以为900940， 例如900、 910、 930、 940等。 在其他实施 方式中， 正火预备热处理的处理温度亦可低于900， 或可高于940， 例如895、 945等， 并不以本实施方式为限。 0037 进一步地， 如图1所示， 基于正火预备热处理的处理温度为900940的工艺设 计， 在本实施方式中， 正火预备热处理的处理温度可以优选为920。 另外， 正火预备热处理 的处理温度的误差范围可以优选为不超过15。 0038 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “正火预备热处理” 的步骤而言， 正。

17、火预 备热处理的预处理时间可以为1.5h2.5h， 例如1.5h、 1.75h、 2.25h、 2.5h等。 在其他实施方 式中， 正火预备热处理的预处理时间亦可少于1.5h， 或可多于2.5h， 例如1.25h、 2.75h等， 并 不以本实施方式为限。 0039 进一步地， 如图1所示， 基于正火预备热处理的预处理时间为1.5h2.5h的工艺设 计， 在本实施方式中， 正火预备热处理的预处理时间可以优选为2h。 0040 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “正火预备热处理” 的步骤而言， 正火预 备热处理的冷却方式可以为空冷。 0041 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中。

18、， 对于 “第一次淬火” 的步骤而言， 第一次淬火 的加热温度可以为885915， 例如885、 895、 910、 915等。 在其他实施方式中， 第一次淬火的加热温度亦可低于885， 或可高于915， 例如880、 920等， 并不以本实 施方式为限。 0042 进一步地， 如图1所示， 基于第一次淬火的加热温度为885915的工艺设计， 在本实施方式中， 第一次淬火的加热温度可以优选为900。 另外， 第一次淬火的加热温度 的误差范围可以优选为不超过15。 0043 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “第一次淬火” 的步骤而言， 第一次淬火 的加热时间可以为3h4h， 例如。

19、3h、 3.25h、 3.75h、 4h等。 在其他实施方式中， 第一次淬火的 加热时间亦可少于3h， 或可多于4h， 例如2.75h、 4.25h等， 并不以本实施方式为限。 0044 进一步地， 如图1所示， 基于第一次淬火的加热时间为3h4h的工艺设计， 在本实 施方式中， 第一次淬火的加热时间可以优选为3.5h。 0045 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “第一次淬火” 的步骤而言， 第一次淬火 的冷却方式可以为水冷。 0046 进一步地， 基于第一次淬火的冷却方式为水冷的工艺设计， 在本实施方式中， 第一 次淬火的水冷冷却工艺可以包含冷却水搅拌循环， 且冷却水温度小于。

20、或者等于30。 具体 而言， 所谓 “冷却水温度小于或者等于30” ， 可以理解为保证冷却水的水温在冬季为20 说明书 3/6 页 5 CN 112048597 A 5 以下， 在夏季为30以下。 0047 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “第二次淬火” 的步骤而言， 第二次淬火 可以具体包含以下步骤： 0048 加热至第一加热温度； 0049 在第一加热温度下保温第一加热时间； 0050 加热至第二加热温度， 第二加热温度低于第一次淬火的加热温度； 0051 在第二加热温度下保温第二加热时间， 第二加热时间少于第一加热时间， 且第一 加热时间与第二加热时间之和小于第一次淬火的。

21、加热时间； 0052 冷却。 0053 通过上述工艺设计， 本实施方式中在第二次淬火采用以较低的第一加热温度进行 阶梯保温， 再迅速加热至第二加热温度的工艺设计， 使得本发明能够进一步地显著提高钢 材的力学性能。 0054 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火包含上述具体工艺步骤的工艺设计， 在本 实施方式中， 第一加热温度可以为600640， 例如600、 610、 630、 640等。 在其 他实施方式中， 第一加热温度亦可低于600， 或可高于640， 例如595、 645等， 并不以 本实施方式为限， 但需保证第一加热温度低于第二加热温度， 以实现第二次淬火中的阶梯 保温。 005。

22、5 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火包含上述具体工艺步骤的工艺设计， 在本 实施方式中， 第二加热温度可以为820860， 例如820、 830、 850、 860等。 在其 他实施方式中， 第一加热温度亦可低于820， 或可高于860， 例如815、 865等， 并不以 本实施方式为限， 但需保证第二加热温度高于第一加热温度， 以实现第二次淬火中的阶梯 保温。 0056 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火包含上述具体工艺步骤的工艺设计， 在本 实施方式中， 第一加热时间可以为1.5h2.5h， 例如1.5h、 1.75h、 2.25h、 2.5h等。 在其他实 施方式中， 第一。

23、加热时间亦可少于1.5h， 或可多于2.5h， 例如1.25h、 2.75h等， 并不以本实施 方式为限， 但需保证第一加热时间多于第二加热时间， 以实现第二次淬火中的阶梯保温。 0057 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火的第一加热时间为1.5h2.5h的工艺设 计， 在本实施方式中， 第一加热时间可以优选为2h。 0058 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火包含上述具体工艺步骤的工艺设计， 在本 实施方式中， 第二加热时间可以为0.25h0.75h， 例如0.25h、 0.4h、 0.6h、 0.75h等。 在其他 实施方式中， 第二加热时间亦可少于0.25h， 或可多月0.7。

24、5h， 例如0.2h、 0.8h等， 并不以本实 施方式为限， 但需保证第二加热时间少于第一加热时间， 以实现第二次淬火中的阶梯保温。 0059 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火的第二加热时间为0.25h0.75h的工艺设 计， 在本实施方式中， 第二加热时间可以优选为0.5h。 0060 进一步地， 如图1所示， 基于第二次淬火包含上述具体工艺步骤的工艺设计， 在本 实施方式中， 第二淬火的冷却方式可以为水冷。 0061 进一步地， 基于第二次淬火的冷却方式为水冷的工艺设计， 在本实施方式中， 第二 次淬火的水冷冷却工艺可以包含冷却水搅拌循环， 且冷却水温度小于或者等于30。 具体 。

25、而言， 所谓 “冷却水温度小于或者等于30” ， 可以理解为保证冷却水的水温在冬季为20 说明书 4/6 页 6 CN 112048597 A 6 以下， 在夏季为30以下。 0062 需说明的是， 在其他实施方式中， 第二次淬火亦可是直接加热至加热温度， 即， 第 二次淬火亦可不经过本实施方式中的阶梯保温， 本发明依然能够使钢材的力学性能得到一 定提高， 同时能够简化工艺制程。 0063 进一步地， 基于其他实施方式中第二次淬火采用直接加热至加热温度的工艺设 计， 在该实施方式中， 第二次淬火的加热温度可以为820860， 例如820、 830、 850 、 860等。 在其他实施方式中， 。

26、第二次淬火的加热温度亦可低于820， 或可高于860， 例如815、 865等， 并不以本实施方式为限。 0064 进一步地， 基于其他实施方式中第二次淬火采用直接加热至加热温度的工艺设 计， 在该实施方式中， 第二次淬火的加热时间可以为2h3h， 例如2h、 2.25h、 2.75h、 3h等。 在 其他实施方式中， 第二次淬火的加热时间亦可少于2h， 或可多于3h， 例如1.75h、 3.25h等， 并 不以本实施方式为限。 0065 进一步地， 基于第二次淬火采用直接加热至加热温度的工艺设计， 且基于第二次 淬火的加热时间为2h3h的工艺设计， 在本实施方式中， 第二次淬火的加热时间可以。

27、优选 为2.5h。 0066 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “回火” 的步骤而言， 回火的处理温度可 以为560610， 例如560、 580、 595、 610等。 在其他实施方式中， 回火的处理温 度亦可低于560、 或可高于610。 例如555、 615等， 并不以本实施方式为限。 通过上述 工艺设计， 本发明能够使钢材的力学性能得到一定提高。 0067 进一步地， 如图1所示， 基于回火的处理温度为560610的工艺设计， 在本实 施方式中， 回火的处理温度可以优选为575。 通过上述工艺设计， 本发明能够使钢材的力 学性能得到进一步地显著提高。 0068 可选地， 。

28、如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “回火” 的步骤而言， 回火的热处理时间 可以为3.5h4h， 例如3.5h、 3.75h、 4h等。 在其他实施方式中， 回火的热处理时间亦可少于 3.5h， 或可多于4h， 例如3.25h、 4.25h等， 并不以本实施方式为限。 0069 可选地， 如图1所示， 在本实施方式中， 对于 “回火” 的步骤而言回火的冷却方式可 以为水冷。 在其他实施方式中， 回火的冷却方式亦可为空冷。 其中， 无论回火的冷却方式采 用水冷或者空冷， 均能实现对钢材的力学性能的提升， 且均能实现钢材的冲击韧性的提高。 特别地， 当回火的冷却方式采用水冷时， 能够进一步地显。

29、著提升钢材的冲击韧性。 0070 进一步地， 基于回火的冷却方式为水冷的工艺设计， 在本实施方式中， 回火的水冷 冷却工艺可以包含冷却水搅拌循环， 且冷却水温度小于或者等于30。 具体而言， 所谓 “冷 却水温度小于或者等于30” ， 可以理解为保证冷却水的水温在冬季为20以下， 在夏季为 30以下。 0071 在此应注意， 附图中示出而且在本说明书中描述的钢材热处理方法仅仅是能够采 用本发明原理的许多种钢材热处理方法中的几个示例。 应当清楚地理解， 本发明的原理绝 非仅限于附图中示出或本说明书中描述的钢材热处理方法的任何细节或钢材热处理方法 的任何步骤。 0072 综上所述， 本发明提出的钢。

30、材热处理方法， 在调质热处理过程中的增加二次淬火 的工艺， 解决了机车铸造用E级钢材质在热处理中存在的低温冲击韧性经常和强度不匹配 说明书 5/6 页 7 CN 112048597 A 7 的问题。 与现有处理方法采用的单一调质工艺相比， 本发明可以提高热处理的一次性合格 率。 本发明采用合理的热处理工艺能够改善金属晶粒显微组织并提高材料力学性能， 并提 高生产制造效率和设备利用率。 0073 为验证本发明的上述功效， 对经由本发明处理的E级钢材与经由现有处理工艺处 理的E级钢材进行对比， 对比结果表明： 经本发明处理的钢材屈服强度提高20， 抗拉强度 提高19， -40低温冲击韧性平均提高3。

31、0J， 使E级钢试棒的机械性能指标一次性合格率达 到95以上。 0074 以上详细地描述和/或图示了本发明提出的钢材热处理方法的示例性实施方式。 但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式， 相反， 每个实施方式的组成部分 和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。 一个实施方式的每 个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。 在介 绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时， 用语 “一个” 、“一” 和 “上述” 等用以表示存 在一个或多个要素/组成部分/等。 术语 “包含” 、“包括” 和 “具有” 用以表示开放式的包括在 内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。 此外， 权利要求书及说明书中的术语 “第一” 和 “第二” 等仅作为标记使用， 不是对其对象的 数字限制。 0075 虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的钢材热处理方法进行了描述， 但本 领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。 说明书 6/6 页 8 CN 112048597 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 112048597 A 9 。