22simn2ib特種鋼板熱處理工藝研究

22simn2ib特種鋼板熱處理工藝研究

22sim-b2鋼（又稱3160）是一種具有廣泛耐熱和高強度材料的特殊材料。它具有崇高的高溫綜合力學(xué)性。用于制造高溫結(jié)構(gòu)和防護裝置，主要用于能源、船舶和軍事行業(yè)。我公司某產(chǎn)品使用22SiMn2TiB特種鋼板,設(shè)計要求硬度為420HBW,綜合力學(xué)性能:屈服強度為1200MPa,抗拉強度為1500MPa,伸長率為7%,沖擊吸收能量為20J。由于鋼板尺寸大(長3～4.2m,寬1.5m),難以保證鋼板的性能及其均勻性,同時還難以保證鋼板熱處理后的平面度,防止淬火變形。為此,進行了22SiMn2TiB特種鋼板熱處理工藝研究。1.晶粒度檢驗和分析(1)22SiMn2TiB的化學(xué)成分為:wC=0.19%～0.25%,wSi=0.70%～1.00%,wMn=1.50%～1.85%,wP≤0.025%,wS≤0.020%,wB=0.0005%～0.0035%,wTi=0.01%～0.06%。(2)查看22SiMn2TiB的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖可知,鋼的組織若淬成馬氏體必須達到一定的冷卻速度。鋼的相變點如表1所示。(3)鋼的晶粒度。由于鋼中有硼的加入,易使鋼產(chǎn)生晶粒粗大現(xiàn)象。通過不同含硼量的22SiMn2TiB試樣快速加熱(到溫裝爐)的方式進行了不同溫度、不同保溫時間的奧氏體化處理(水冷),按GB6394—1986標(biāo)準(zhǔn)評定實際奧氏體晶粒度級別,檢驗結(jié)果如圖1、圖2所示。此鋼種為本質(zhì)細晶粒鋼,奧氏體晶粒均在高于1000℃以上才明顯長大。在試驗規(guī)定時間、成分范圍內(nèi),晶粒大小與保溫時間無關(guān)。但在慢速加熱時,會出現(xiàn)晶粒粗大,并伴有混晶現(xiàn)象,晶粒度達7～7.5級(見表2)。因此在編制熱處理工藝時,應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理時的升溫速度,盡量快速升溫,避免粗晶和混晶出現(xiàn),以確保鋼的淬透性、淬硬性及良好的綜合力學(xué)性能。研究中,對鋼的淬透性做了對比試驗(見圖3)。經(jīng)過試驗可知,當(dāng)鋼的成分合格時,各爐鋼的淬透性基本相同,其半馬氏體層(以硬度340HBW計)為24～39mm,全馬氏體層(以硬度420HBW計)≥22mm。但由圖3也可知,化學(xué)成分不合格時,對淬透性影響極大,因此應(yīng)嚴(yán)格控制鋼的化學(xué)成分。(4)22SiMn2TiB鋼板的第一類回火脆性發(fā)生在270～400℃之間,第二類回火脆性發(fā)生在500～600℃之間。即工件在回火時應(yīng)避開回火脆性區(qū),以保證工件具有良好的綜合力學(xué)性能。(5)制訂工藝方案。鋼板應(yīng)快速加熱,避免因加熱速度慢而影響鋼板的晶粒度,導(dǎo)致鋼板的綜合力學(xué)性能降低。即采用到溫裝爐,快速升到淬火溫度。加熱溫度不能超過1000℃,確定淬火加熱溫度為920℃。綜合考慮鋼的性能、回火脆性區(qū)等,將回火溫度定為180℃?？紤]到合金元素含量及碳含量,計算出22SiMn2TiB鋼板的碳當(dāng)量如下:即CE<0.75%,且22SiMn2TiB鋼板的正偏析區(qū)的wC<0.31%,工件可以采用水淬火方式進行冷卻。因此,為最大程度地保障鋼板淬透性,以及滿足較高的綜合力學(xué)性能要求,決定采用水淬火,將水溫控制在15～30℃之間。根據(jù)鋼材的淬透性,選用22SiMn2TiB鋼板板厚規(guī)格分別為10mm、15mm、20mm三種,化學(xué)成分合格時,采用水冷快速冷卻后,鋼板應(yīng)能保證淬火后轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體,硬度達420HBW以上。工藝制訂為:淬火溫度是920℃,回火溫度是180℃,淬火介質(zhì)為水,淬火加熱保溫時間根據(jù)鋼板厚度按3min/mm確定,回火后的硬度檢測用布氏硬度壓痕直徑dB10=2.8～3.0mm,相當(dāng)于420～480HBW。2.鋼板冷卻設(shè)計(1)淬火輥底爐生產(chǎn)線保證性能及均勻性引進了北京機電研究所設(shè)計的22SiMn2TiB鋼板淬火輥底爐生產(chǎn)線,由淬火加熱爐、淬火壓床、高壓水倉設(shè)施等三部分組成。其中淬火加熱爐使鋼板在爐內(nèi)可以自動往復(fù)加熱,減少在加熱過程中的變形,同時采用先進的控溫系統(tǒng),保證爐溫的均勻性。不斷使鋼板均勻加熱。淬火壓床上下兩個壓頭能同時壓緊鋼板以防變形,同時在上下壓頭上設(shè)置噴水孔,采用上下面同時淬火水冷卻的方式進行淬火,保證了淬火時鋼板冷卻的均勻性,同時又可減少因兩側(cè)冷卻不均勻產(chǎn)生較大變形的現(xiàn)象。高壓水倉設(shè)施是將儲水箱設(shè)置在離地面20m的高空,水以很大壓力高速噴出,保證了冷卻的快速進行。(2)自制回火夾具防變形鋼板回火采用自制回火槽鋼架,并在鋼板上放置2t重方鐵靜壓,以減小回火時產(chǎn)生的變形。(3)三輥矯直機保證校正平面度由于22SiMn2TiB鋼板淬火后硬度極高,為此引進了一重集團設(shè)計制造的三輥矯直機,可以實現(xiàn)鋼板淬火后校正平面度達到公差范圍。(4)生產(chǎn)路線安排下料→淬火→回火→校正→單件下料→校正。3.mm方面(1)下料根據(jù)板厚的三種規(guī)格、爐號各投一張鋼板進行工藝試驗,尺寸為1500mm×4200mm。(2)熱處理淬火、回火工藝按上述參數(shù)執(zhí)行。(3)檢驗熱處理后,在鋼板上進行硬度檢測,檢測部位如圖