劉澎濤 劉東海 高文明

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司軋輥電站事業(yè)部技術(shù)質(zhì)量部熱工科，黑龍江161042)

對(duì)于大截面尺寸的30Cr2Ni2Mo鋼鍛件，通過(guò)調(diào)整適當(dāng)?shù)暮辖鸷?、?yán)格控制煉鋼工藝、選取適中的鍛造比、并且通過(guò)合理的性能熱處理工藝，可以滿(mǎn)足同尺寸高合金鋼鍛件的性能指標(biāo)要求。

一重集團(tuán)公司為某廠生產(chǎn)的曲軸，由于在工作過(guò)程中需要承受很大的壓力和反復(fù)沖擊，所以此工件對(duì)硬度，尤其對(duì)沖擊韌性有比較高的要求，而且超聲檢測(cè)須滿(mǎn)足JB/T5000.15—2007 Ⅱ級(jí)，對(duì)鍛件的內(nèi)部質(zhì)量要求也很?chē)?yán)格。曲軸選用的材料是30Cr2Ni2Mo鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能要求如表1和表2所示。

雖然油冷有助于提高強(qiáng)度和沖擊韌性，且不容易淬裂，但是此鍛件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸比較大(粗加工后重量為46 286 kg)，長(zhǎng)度比較長(zhǎng)(粗加工后約6 875 mm)，調(diào)質(zhì)采用油冷卻時(shí)散熱面很大(粗加工后軸身直徑為?1 494 mm)，淬火油容易著火?；谝陨显?，我們考慮采用水-空-水的冷卻方法.但是水-空-水冷卻對(duì)鍛件的內(nèi)部質(zhì)量、化學(xué)成分以及防止熱處理變形均提出了很高的要求。

1 熱處理參數(shù)的確定及采取的措施

1.1 裝爐方式

選用長(zhǎng)度為5 400 m的長(zhǎng)料盤(pán)，將曲軸的一個(gè)平面(其它面均不平整)與料盤(pán)接觸，間隙大的地方用墊塊墊穩(wěn)、墊實(shí)。吊裝時(shí)吊起料盤(pán)，有效防止了因?yàn)楦邷貢r(shí)直接吊裝工件而引起的工件變形。

表1 30Cr2Ni2Mo鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition of 30Cr2Ni2Mo steel (mass fraction，%)

表2 曲軸力學(xué)性能要求Table 2 The mechanical property requirements of the crankshaft

1.2 化學(xué)成分控制及鋼的冶煉方式

在保證屈服強(qiáng)度合格的情況下，應(yīng)盡可能提高材料的沖擊韌性，同時(shí)還要減小水冷淬火的淬裂傾向。根據(jù)合金元素的特點(diǎn)，我們對(duì)鍛件化學(xué)成分進(jìn)行如下調(diào)整。

嚴(yán)格控制[H]、S、P的含量，[H]≤2×10-6，S、P均控制在0.005以下。C、Cr、Mo按技術(shù)條件要求的下限進(jìn)行控制。煉鋼方式采用VD+LB3(精煉加熱真空脫氣+真空鑄錠中間包芯桿吹氬)，以減少有害元素的殘留并獲得較低的[H]含量從而提高鍛件冶金質(zhì)量，提高鍛件超聲檢測(cè)的合格率。

1.3 調(diào)質(zhì)工藝的確定

(1)鍛件入爐溫度控制在400～450℃并保持5 h。

(2)鍛件入爐保溫完成后升溫速度控制在40℃/h。

(3)為了減少鍛件內(nèi)外溫差，防止熱應(yīng)力的影響使鍛件內(nèi)部的顯微裂紋擴(kuò)展，我們采用中間保持，溫度控制在650～700℃。采用此溫度進(jìn)行中間保持還可以減少高溫的保溫時(shí)間，從而減小工件的氧化脫碳，降低晶粒長(zhǎng)大的趨向。

(4)中間保持后進(jìn)行速度升溫。由于此時(shí)鍛件心部處于塑性狀態(tài)，所以升溫速度可以加快。升溫速度控制在60℃/h。

(5)待工件升溫到820℃±50℃時(shí)進(jìn)行保溫。保溫時(shí)間按每100 mm保溫0.6 h～0.8 h進(jìn)行計(jì)算。

(6)水冷時(shí)間按每100 mm冷卻3 min～4 min計(jì)算，結(jié)果約等于50 min～60 min。60 min分成3次執(zhí)行，水冷15 min后吊出鍛件進(jìn)行空冷5 min，防止冷卻速度過(guò)快引起工件的斷裂，再次入水10 min后吊出鍛件空冷3 min，最后水冷40 min，要求水溫≥15℃。

(7)回火溫度采用530℃±50℃。為了保證回火溫度的準(zhǔn)確性，我們?cè)诠ぜ念^、中、尾各敷了一支熱電偶，要求保溫以偶溫為準(zhǔn)。工藝曲線如圖1所示。

圖1 曲軸調(diào)質(zhì)工藝曲線Figure 1 The curve of quenching and tempering process of the crankshaft

2 檢驗(yàn)

2.1 超聲檢測(cè)

該曲軸經(jīng)粗加工后進(jìn)行超聲檢測(cè)，按JB/T 5000.15—2007 Ⅱ級(jí)驗(yàn)收沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，說(shuō)明冶煉、鍛造保證了鍛件內(nèi)部質(zhì)量。

2.2 曲軸經(jīng)過(guò)熱處理后，取性能試料進(jìn)行了化學(xué)成分分析、金相分析和力學(xué)性能檢驗(yàn)。

(1)化學(xué)成分分析

在拉伸性能試料余料上取樣進(jìn)行成品化學(xué)分析，結(jié)果如表3所示。

(2)淬火冷卻效果

淬火冷卻過(guò)程中，在每次出水空冷間隙都對(duì)工件表面進(jìn)行測(cè)溫，最后工件出水空冷5 min后對(duì)工件表面測(cè)溫結(jié)果是軸頸200℃左右，軸身280℃左右，而且溫度變化比較平穩(wěn)，說(shuō)明冷卻符合工藝的預(yù)期效果。

(3)力學(xué)性能試驗(yàn)

按照規(guī)定，做一個(gè)拉伸試驗(yàn)和兩個(gè)沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

(4)金相試驗(yàn)

金相檢驗(yàn)進(jìn)行了晶粒度、夾雜物和熱處理組織的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表3 曲軸化學(xué)成分成品分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Product analysis of the crankshaft chemical composition (mass fraction，%)

表4 曲軸熱處理性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of the crankshaft heat treatment properties

表5 曲軸金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of the crankshaft metallographic test

3 結(jié)論

曲軸形狀復(fù)雜，技術(shù)要求比較高，我們通過(guò)采取一系列措施，按水-空-水的熱處理方法，使工件力學(xué)性能達(dá)到了技術(shù)要求，從而解決了調(diào)質(zhì)容易變形的難題。此次工件的成功熱處理，對(duì)于30Cr2Ni2Mo鋼大截面尺寸的鍛件熱處理，尤其是采用水冷的淬火冷卻方式做了有益的探索。

[1] 康大韜，葉國(guó)斌，等. 大型鍛件材料及熱處理. 龍門(mén)書(shū)局，1998：513-557.