如何预防白点退火？

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：不同钢种预防白点退火工艺规程常根据其过冷奥氏体等温转变图来制定。许多镍铬合金钢大型锻轧材易产生白点，锻轧后需进行预防白点退火处理。但预防白点退火旧工艺保温时间太长，如5CrNiMo钢的直径550mm以上大型锻件在680℃保温需120h。为了缩短工艺周期、改进预防白点退火工艺，人们研究了氢在钢中的分布运动规律，并用计算机计算出氢在钢中的浓度场及其变化规律，为制定退火新工艺提供了科学依据。图2-17所示为5CrNiMo钢锻件预防白点退火新工艺。

氢在钢中存在形式有以下几种。

(1)溶解于固溶体，以固溶氢的形式存在。固溶氢与应力联合作用易导致钢材形成白点(即纵向断面上表现为圆形或椭圆形银白色斑点，也称发裂)，白点是一种最危险的断裂源。大锻件发现白点，应报废或改锻成小锻件。其消除方法是用退火方法脱溶或加入钛、钒、铌、镧、铈等元素与氢形成化合物使固溶氢含量降低。

(2)分子态氢，主要存在于亚晶界、位错、晶粒边界及宏观区域中。不易自钢中扩散逸出，也不会造成白点。可在热轧、锻造等压力加工过程中消除。

预防白点退火是为防止工件在热变形加工后的冷却过程中形成发裂(白点)，在形变加工结束后直接进行的退火，其目的是使钢中的固溶氢扩散析出于工件之外，又称去氢退火，工艺曲线如图2-16所示。

氢在α-Fe中的扩散系数比在γ-Fe中大得多，而氢在α-Fe中比在γ-Fe中的溶解度又低得多。为此，对于大锻件，一般是先从奥氏体状态冷却到奥氏体等温转变图的鼻温范围，以尽快获得铁素体＋碳化物组织，然后在该温度区域升高到稍低于Ac1的温度长时间保温进行脱氢，从而消除钢中的白点。此法适用于大尺寸碳钢、低合金钢、高合金钢的锻件。

退火工艺参数的选择必须能造成氢在钢中的溶解度小而扩散大的条件，使其排出锻件或由固溶状态变为分子状态存在。不同钢种预防白点退火工艺规程常根据其过冷奥氏体等温转变图来制定。根据合金元素含量不同，具体工艺如下。

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图2-16　预防白点退火工艺曲线

(a)低碳低合金钢；(b)中合金钢；(c)高合金钢

(1)低碳低合金钢的预防白点退火：低碳低合金钢大锻件在锻造后或重新加热奥氏体化后以较快速度冷却至过冷奥氏体最不稳定区域(鼻温区)，使其充分等温转变，形成铁素体＋碳化物混合组织(伪共析组织)，工艺曲线如图2-16(a)所示。此时，氢的溶解度较低而扩散较易，在转变过程中即可从锻件排出或结合为氢分子。氢分子所引起的压力也可因转变温度(620～660℃)较高而得到释放。

(2)中合金钢的预防白点退火：中合金钢大型锻件加热奥氏体化并在过冷奥氏体最不稳定区域(280～320℃)等温转变后，还需再加热至稍低于Ac1的温度(580～660℃)，并经长时间保温，方可使一部分氢自锻件表面排出，锻件内部的氢也可获得较均匀地分布，以减少其有害作用，工艺曲线如图2-16(b)所示。

(3)高合金钢的预防白点退火：高合金钢的预防白点退火工艺曲线如图2-16(c)所示。首先应进行一次重结晶，以改善组织和提高锻件中氢分布的均匀性，同时细化晶粒，降低过冷奥氏体的稳定性，有利于减小形成白点的敏感性，然后冷却至280～320℃，保温适当时间后，再加热至580～660℃，保温后冷却。

许多镍铬合金钢大型锻轧材易产生白点，锻轧后需进行预防白点退火处理。但预防白点退火旧工艺保温时间太长，如5CrNiMo钢的直径550mm以上大型锻件在680℃保温需120h。为了缩短工艺周期、改进预防白点退火工艺，人们研究了氢在钢中的分布运动规律，并用计算机计算出氢在钢中的浓度场及其变化规律，为制定退火新工艺提供了科学依据。根据钢液中的原始氢含量不同，用计算机辅助设计工艺参数，如若钢液经真空除气处理后，氢含量较低，大多质量分数为2.8×10-6以下，这时则可大幅度缩短保温时间；如700mm×700mm型模块在690℃热透后，保温40～50h即可。图2-17所示为5CrNiMo钢锻件预防白点退火新工艺。新工艺可节能约32%，提高生产率约39%。

如何预防白点退火？

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