一种高碳合金钢的正火液、其制备方法以及高碳合金钢正火冷却工艺

技术领域

本发明涉及铸钢件热处理技术领域，尤其是一种高碳合金钢的正火液、其制备方法以及高碳合金钢正火冷却工艺。

背景技术

国内目前没有专门的一种高碳合金钢正火液。现在高碳合金钢的正火冷却介质一般采用水冷或淬火油冷却，水冷冷速太快，产品工件容易开裂而报废，使成本无形中加大，且不利于控制；淬火油冷却，冷速太慢，不能很好的控制网状碳化物，且油烟大，污染环境，还容易着火，不利于安全生产。特别是在轴承钢球GCr15材料在大规格截面尺寸在60mm以上网状碳化物的很容易超标。高碳铬轴承钢是过共析钢，在轧后冷却过程中会沿奥氏体晶界析出先共析渗碳体，此即碳化物网状。实践表明，碳化物不均匀性的存在严重影响钢材的使用性能。碳化物网状会增大钢的脆性，损害轴承零件的使用寿命，资料介绍，碳化物网状的级别每升高一级，轴承寿命将会降低三分之一.按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状合格级别为1-2.5级。碳化物网状超标是目前国内轴承钢生产厂商遇到的普遍问题，针对这方面的研究较多，主要措施是控制GCr15 轴承钢在连续冷却过程中二次碳化物的析出，采用锻造后正火处理消除或减轻碳化物网状。通常生产中采用用水正火冷却，产品很容易开裂；用淬火油正火冷却，网状碳化物的很容易超标；所以急需一种冷却速度在水和油之间的冷却介质，并且相对安全和环保冷却介质；而市场上其它水溶性冷却介质，是一种冷却性能特别稳定的匀速冷却介质，属于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)类介质，除PVP主要成分外，还含有羧甲基纤维素钠(CMC)和聚丙烯酸钠(ACR)。其优异的冷却性能主要是由PVP与CMC两种组分在一定比例范围内共同作用而获得。但由于CMC的糖苷键易发生断裂，尤其是高温阶段(400-850℃)可加速其分解，使得分子量降低，降低了匀速冷却介质的粘度与浓度，进而改变了匀速冷却介质的冷却特性，因此在使用该匀速冷却介质进行生产时，要频繁的进行浓度监测来弥补其成分变化的的问题。中国专利CN103789520A公开的匀速冷却介质及其在锻后控制冷却过程中的应用，采用20％-30％浓度的PVP匀速冷却介质可有效控制“二次带状”，获得细小、均匀的组织。但该匀速冷却介质的使用浓度较高，20％以上的浓度才可以获得匀速的冷却特性，然而较高的浓度，一方面增加了前期的投入成本；另一方面较高的粘度，也增加了匀速冷却介质的带耗量。

发明内容

为了克服现有的正火液的不足，本发明提供了一种高碳合金钢的正火液、其制备方法以及高碳合金钢正火冷却工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高碳合金钢的正火液，每100重量份的正火液包含下述重量份的组分：基础油50～60份，聚丙烯酸PAAS1～3份，妥儿油脂肪酸5～10份，醇胺5～10份，脂肪醇聚氧乙烯醚5～8份，石油磺酸钠3～5份，杀菌剂1～2份，消泡剂0.1～0.5份，，余量为水。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括该方法包含以下步骤：

步骤一：将基础油50～60份加入反应釜中；

步骤二：对反应釜内的基础油进行加热，加热至40～60℃；

步骤三：再加入聚丙烯酸PAAS1～3份妥儿油脂肪酸5～10份，醇胺5～10份，脂肪醇聚氧乙烯醚5～8份，石油磺酸钠3～5份，杀菌剂1～2份，消泡剂0.1～0.5份，余量为水，保持温度在40～60℃。

步骤四：反应釜内物料经搅拌1～2小时，再经过过滤得到高碳合金钢的正火液。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括高碳合金钢热锻结束后，直接浸入正火液中冷却。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括正火液的水溶液质量浓度为10-15％，冷速控制在65-75℃/S。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括正火液冷速比水的冷速慢，比淬火油的冷速快，以达到控制碳化物的要求。

本发明的有益效果是，本发明的高碳合金钢的正火液主要提高高碳合金钢的强度，解决大规格截面尺寸在60mm以上网状碳化物的超标难题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是使用正火液的水溶液质量浓度为10％与水和淬火油的冷却曲线对比图；

图2是使用正火液的水溶液质量浓度为12％与水和淬火油的冷却曲线对比图；

图3是使用正火液的水溶液质量浓度为15％与水和淬火油的冷却曲线对比图；

图4是实施例一按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状级别效果图；

图5是实施例二按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状级别效果图；

图6是实施例三按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状级别效果图；

具体实施方式

实施例一：

轴承钢球GCr15材料在截面尺寸在80mm的正火冷却，正火液的原液按以下配方进行配制：基础油50份，聚丙烯酸PAAS1份，妥儿油脂肪酸5份，醇胺5份，脂肪醇聚氧乙烯醚5份，石油磺酸钠3份，杀菌剂1份，消泡剂0.1份，余量为水。使用正火液的水溶液质量浓度为10％与水和淬火油的冷却曲线对比。如图1所示：

300℃冷却速度分别是：10%正火液74℃/s，水86℃/s，淬火油5℃/s。

使用后效果如图4：轴承钢球GCr15材料在截面尺寸在80mm的正火温度950℃保温60min淬入正火液后，按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状级别为2.5级。

实施例二：

轴承钢球GCr15材料在截面尺寸在80mm的正火冷却，正火液的原液按以下配方进行配制：基础油55份，聚丙烯酸PAAS1.5份，妥儿油脂肪酸7份，醇胺8份，脂肪醇聚氧乙烯醚6.5份，石油磺酸钠4份，杀菌剂1.5份，消泡剂0.2份，余量为水。使用正火液的水溶液质量浓度为10％与水和淬火油的冷却曲线对比。如图2所示：

300℃冷却速度分别是：12%正火液72℃/s，水86℃/s，淬火油5℃/s。

使用后效果如图5：轴承钢球GCr15材料在截面尺寸在70mm的正火温度930℃保温80min淬入正火液后，按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状级别为2级。

实施例三：

轴承钢球GCr15材料在截面尺寸在80mm的正火冷却，正火液的原液按以下配方进行配制：基础油60份，聚丙烯酸PAAS3份，妥儿油脂肪酸10份，醇胺10份，脂肪醇聚氧乙烯醚8份，石油磺酸钠5份，杀菌剂2份，消泡剂0.5份，余量为水。使用正火液的水溶液质量浓度为15％与水和淬火油的冷却曲线对比。如图3所示：

300℃冷却速度分别是：15%正火液68℃/s，水84℃/s，淬火油5℃/s。

使用后效果如图6：轴承钢球GCr15材料在截面尺寸在80mm的正火温度950℃保温60min淬入正火液后，按GB/T18254-2016标准检测碳化物网状级别为2级。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。