20CrMoH保證淬透性鋼的研制(精)

1、? 20? 2001 年第 3 期 20CrMoH 保證淬透性鋼的研制 長(zhǎng)鋼一廠李海生 【摘要】 本文簡(jiǎn)介了保證淬透性鋼 20CrMoH,并就冶金生產(chǎn)過(guò)程的重點(diǎn)環(huán)節(jié) 進(jìn)行了闡述和討論，著重對(duì)不同熱處理制度下的末端淬透性及機(jī)械性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn) 摸索出了滿足協(xié)議性能要求的較佳熱處理制度，從而形成了一整套切實(shí)可行的生產(chǎn) 工藝,為我廠大批量生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】 淬透性 熱處理制度 1 前言 20CrMoH(: C0.Si170.37,1.o0.1A 0.25,Cu 0.25.1 冶金生產(chǎn)的工藝流程 合機(jī)械性能和良好的低溫沖擊韌性，其熱加工性能良好，正火后切削加工性能一般 優(yōu)于20CrMnMo。2

2、0CrMoH 保證淬透性鋼熱軋狀態(tài)室溫組織為鐵素體 +珠光體，易 形成帶狀組織，經(jīng)退火或正火后可以減少或消除。 該鋼常用于制造強(qiáng)度要求較高的 零件,如齒輪、軸、連桿等，是機(jī)械制造業(yè)使用較廣用量較大的鋼種之一。 2 技術(shù)要求(CJ19-2000) 2.1 低倍:按 GB3077-88 第一、二級(jí)評(píng)級(jí)圖評(píng)定。一般疏松 =2級(jí),中心疏松W2 級(jí)，偏析W2級(jí)。 2.2 高倍:按 GB3077-88 評(píng)定 2.2.1 夾雜:脆性?shī)A雜物 W3 級(jí)，塑性?shī)A雜物 W3 級(jí)，兩者之和 885: P s(MPa) 685,?5(%) 12,?(%) 50,Ak(J) 78,HB 197 原材料檢驗(yàn)-電弧爐冶煉一澆

3、注 800kg 方綻一精整一 5t 蒸汽錘開(kāi)坯 145X 145m 葉 空冷f精整f軋制成50mm 成品精整矯直檢驗(yàn)入庫(kù)。 3.2 冶煉 化學(xué)成分是影響淬透性的主要因素，要達(dá)到協(xié)議中要求的距淬火未端 1.5mm,11mm 處的HRC 值，就必須首先要控制一些元素的含量。我廠原生產(chǎn)的 20CrMoH 由于對(duì) 淬透性有影響的元素偏低，故存在著淬透性達(dá)不到要求的問(wèn)題。據(jù)資料介紹我們可 以知道鋼中常存元素碳、錳、硅、鉻、鎳、銅對(duì)淬透性的影響。首先隨著鋼中碳 含量的增加(一定程度)臨界淬火冷卻速度顯著的降低，鋼的淬透性提高。其次錳對(duì) 淬透性的影響很強(qiáng)烈，在鋼中，它能促進(jìn)碳化物在加熱時(shí)向奧氏體內(nèi)溶解，這樣

4、在粹 火加熱時(shí)，奧氏體中碳的濃度增加使淬透性提高。另外像硅、鉻、鎳、銅都是增加 淬透性的元素，應(yīng)力求含量增加為好。但是應(yīng)該考慮的是如果要求過(guò)于嚴(yán)格，必然 會(huì)使冶煉過(guò)程元素存在高出規(guī)格的可能，另外也增加了不必要的成本。同時(shí)我們對(duì) 照撫順?shù)搹S 20CrMoH 樣品化學(xué)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其鋼中含有少量提高鋼淬透性元素 W.V,因此我 們?cè)谝?P.S 含量均低的前提下，提出了兩個(gè)控制元素方案，每個(gè)方案各試煉一爐。 321成分控制 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. h

5、ttp:/www.c nki. net 四川冶金 Sichua nM etallurgy ? 21? 控制提高元素中限如表 1。 控制提高元素中限并添加 表 1 ()() W.V 各 0.04%如表 2。 (%) 表 2 標(biāo)準(zhǔn)成分(%)控制成分(%) 0.17 0.240.20 0.24 0.40 0.370.60 0.35 I 可! Hl ILnAD CK t T Mi/ ifi JOO X 度,00 M 圖 3 !? 4 控制 按表 1 控制 4.2 低倍、高倍檢驗(yàn) 表 4 兩爐實(shí)驗(yàn)鋼的高低倍檢驗(yàn)結(jié)果 一般疏松中心疏松偏析帶狀 晶粒度 104-781104-7

6、82 4.3 機(jī)械性能 表 5 熱處理工藝 爐號(hào) P bP s?5?Ak 22(kg mm)(kg mm)(%)(%)(J) 1140116011101080 980985920900 16151413 65117651066712865141 880 C 35 分 104-781 水淬+500 C 60 分水冷 104-782 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. http:/www.c nki. net ? 22? 2001 年第 3 期 4.4 未端淬透

7、性 表 6 熱處理制度 925C X50min+910C X30min 爐號(hào) 104-781104-782 J1. 5 表 8 HRC J113130 4344 ()22 ()9 ()5 () 5 實(shí)驗(yàn)部分 5.1 熱處理制度與淬透性的正交實(shí)驗(yàn) 5 30mm 一 .1.1 取樣方法與正交實(shí)驗(yàn)安排 采用50 10 0 56 910H 15 20 25 30 35 40 45 50 距未編的距離（nun） min+920 0C淬火 20min (同心取樣) 5.2 端淬試驗(yàn):試樣爐號(hào)為 104-781,782 經(jīng) 925C正火50min+920 0C淬火 XBOmi n 熱處理，結(jié)果如表 9。 表

8、 9 (HRC) J6mmJ9mm11mm15mmJ30mmJ50mm423839353837 343533313332 303231283030 283028272626 242525212223 222220161918 圖 5 試樣制取圖 5.1.2 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析 選取溫度及時(shí)間共四個(gè)因素，各因素選 3 個(gè)水平，列出實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表 7 表 7 因子列號(hào) 123456789 試驗(yàn)方案及結(jié)果 保溫時(shí)間 淬火溫度 保溫時(shí)間 實(shí)驗(yàn)結(jié)果(HRC) J1. 5 熱處理制度 J1.5mm925C +900 C 47 104-781925C +920 C 46 925C +940C 45925

9、C +900C 44 104-782925C +920 C 43 925 C +940 C 43 爐號(hào) 正火溫度 521 淬透性曲線 A C)B(mi n)C C)D(mi n)1234925925925900900900950950950 605040605040605040 950890920890920950890950920 204030302040403020 J11 43 4233 3044 4331 30444233323837272538 4028 2939 4130 3244 4233 3147 4836 3547 4936 37 圖 6 5.1.3 極差分析，確定熱處理制度

10、 以 J1.5(HRC)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例作極差分析表： 從圖中可知 20CrMoH 淬透性曲線較為 平坦，表明該鋼具有很好的淬透性。 5.3 回火溫度與機(jī)械性能實(shí)驗(yàn) 試樣采用 104-781,782 兩爐號(hào)，均經(jīng) ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. http:/www.c nki. net 四川冶金 Sichua nM etallurgy ? 23? 880C X35min 淬火，不同溫度回火后 00min 水冷,結(jié)果見(jiàn)表 10。 表 10 爐號(hào) 104-781

11、104-782104-781104-782104-781104-782 后，水冷和油冷二種方式作出的力學(xué)性能相差不大，也就是說(shuō)冷卻方式對(duì)性能的變 化的影響不是主要因素。6 分析和討論 6.1 冶煉 P s P b?5?Ak 2)(2) (%)(%)()(kg 450 475 500 525 550 回火溫度，弋 Jmmkg mm 10301000985995985955930925925930870960940 119011701150115011501140108011001110115011201100 13131415131416161515151614131414 6059 9090

12、470 E 00 水冷 611226211462 95611026512963134581091486061 9495 500 E 00 水冷 從表 9 可以看出試生產(chǎn)的 20CrMoH 鋼 錠質(zhì)量良好,錠型偏析、中心疏松均符合要求120 00908070 1 UJEmo.b 5 0 5 * 6 6 5 ，同時(shí)從化學(xué)成分（表 3）也滿足了控制成分，781,V 殘余,5300 00 水冷 500、Mn、Cr、Ni 及 W、 從表 6 的,。 淬透性 HRC 報(bào)告看 J1.5mm 和 J11 處均滿足了要求，與未控制化學(xué)成分的 20CrMoH 相比淬透性 HRC 數(shù)據(jù)是明顯改善，見(jiàn)表 11。 表

13、11 未控制元素成分的 20CrMoH 淬透性數(shù) 據(jù) 爐號(hào) 10F-314L10F-312L10F-400L J1. J11mm202119152226 油冷 6312162119 5.3.1 回火一機(jī)械性能曲線 5mm 協(xié)議要求46J1.54234J1.530 413539393844 6.2 熱加工 從熱加工工藝的實(shí)施效果看，由于較好 地控制了加熱溫度及終止溫度，使鋼材的帶狀組織得到了顯著的改善。20CrMoH 屬亞共析鋼，該鋼的帶狀組織是鋼錠在澆注凝固過(guò)程中形成的枝晶偏析在熱加工時(shí) 延伸所造成的鐵素體和珠光體帶，與加熱溫度與終止溫度有很大關(guān)系，經(jīng)過(guò)控制，使 兩爐 20CrMoH的帶狀均2

14、.（級(jí)（見(jiàn)圖 1,圖 2）,就保證了鋼材在使用時(shí)保持了應(yīng)有的 韌性和塑性。同時(shí)由于軋制時(shí)嚴(yán)格控制了終軋溫度 ，就使該鋼晶粒度達(dá)到了 8 級(jí) （見(jiàn)圖 3、 圖 4） ,用這種鋼材進(jìn)行淬火，可使淬透層厚薄均勻，既有利于保證零件有堅(jiān) 硬耐磨的表面，又可使其形 （下轉(zhuǎn)第 26 頁(yè)） 圖 7 回火一機(jī)械性能曲線 用鋼爐號(hào):104-781、熱處理 8800淬火+回火空冷 通過(guò)回火溫度與機(jī)械性能的實(shí)驗(yàn)，可以清楚地看到機(jī)械性能隨回火溫度的不同而變 化的趨勢(shì)（見(jiàn)圖 7）。為了滿足 CJ19-2000 協(xié)議中性能的要求，20CrMoH 最佳的熱處 理工藝應(yīng)為 880C淬火 X35min+550C60min 水冷另

15、外從表 10 可知當(dāng)淬火回火溫 度確定 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. http:/www.c nki. net 2001 年第 3 期 制,將會(huì)大大降低？鐵素體含量超標(biāo)情況的發(fā)生。 我們通過(guò)以上對(duì)該鋼？鐵素體的形成因素的分析，基本上找到了控制該鋼？鐵素體 的途徑，同時(shí)也提出了解決辦法。我們將主要 圖 4 車 L 制時(shí)加熱曲線 過(guò) 1200 C 造成該鋼組織內(nèi)部產(chǎn)生大量？鐵 素體。 21212 加強(qiáng)對(duì)加熱爐的熱工儀表維護(hù)、維修，做到表上溫度與爐溫相一致。

16、 由于加熱爐的熱工儀表是直接反映加熱溫度的變化的儀表 ，程度,、。鍵所在因此 必須保證加熱爐上熱工儀表的準(zhǔn)確性。 21213 加強(qiáng)操作員工的理論知識(shí)的培訓(xùn)，提高操作員工的自身素質(zhì)，自覺(jué)地嚴(yán)格地 執(zhí)行工藝上規(guī)定的加熱溫度，合理地安排裝爐順序，堅(jiān)決避免高溫爐料和低溫爐料 的同時(shí)裝爐的發(fā)生；避免低溫爐料在高溫段停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的發(fā)生。通過(guò)以上對(duì)加熱 溫度的控 通過(guò)對(duì)化學(xué)成份控制和對(duì)加熱溫度的控制，來(lái)控制該鋼？鐵素體，來(lái)保證成材率。3 結(jié)論 總之?鐵素體，:i 當(dāng)量，將?鐵素體形成元素 Cr、Mo、Si、Nb 按中下限控制，來(lái)降低 Cr 當(dāng)量,來(lái)控制 ?鐵素體的產(chǎn)生;將奧氏體形成元素 C、Mn、Ni 向中上限控制，來(lái)增加鋼中的奧氏 體量來(lái)抑制？鐵素體的形成。 21 通過(guò)對(duì)該鋼加熱過(guò)程中的加熱溫度的嚴(yán)格控制，來(lái)控制？鐵素體在加熱時(shí)的形 成。 參考文獻(xiàn) 1不銹鋼1 原子能出版社 (上接第 23 頁(yè)) 成有良好韌性的心部。 6.3 相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 表 12 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 爐號(hào)錠重()坯重()材重()坯材錠材104278117 .6014.6813.3591%76% 104-78216.90 15.43 14.66 95% 87% 鋼