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        921A球扁鋼熱處理工藝研究

        2020-04-22 12:40:12張鴻雁易文思袁霞光
        中國金屬通報 2020年3期
        關鍵詞:工藝實驗

        張鴻雁,易文思,袁霞光

        (武昌船舶重工集團有限公司,湖北 武漢 430060)

        921A球扁鋼驗收標準由GJB 1662A-2005更新為GJB 1662A-2015,新標準對球扁鋼的性能提高了要求;同時進貨的來源由原來的一家鋼廠變?yōu)閮杉忆搹S,工廠原有的中頻淬火工藝滿足不了新標準的要求,所以通過小爐調(diào)質(zhì)對比試驗找出大爐調(diào)質(zhì)的熱處的理論依據(jù)。

        注:本文淬火方式都為水冷。

        1 新舊標準對照及問題的產(chǎn)生

        (1)舊標準GJB 1662A-2005如下。(表1)

        (2)新標準GJB 1662A-2015如下。

        表2 縱向拉伸性能

        表3 縱向沖擊性能

        我們用原有的中頻淬火工藝對新鋼廠的球扁鋼進行了淬火處理,圖1為球頭淬火后組織,組織均為馬氏體,實測硬度值在HRC34以上,圖2為球扁淬火后的組織,組織為少量馬氏體和貝氏體,大量的鐵素體明顯呈帶狀分布,是沒有完全淬透的組織,相應的硬度值在30左右;該組織經(jīng)過回火后球扁的性能指標達不到標準要求。多次試驗結果相似,說明工廠以前使用的中頻淬火工藝是不適用新鋼廠的球扁鋼。

        圖1 球頭淬火后組織

        圖2 球扁淬火后的組織

        鋼各取樣一批做了一系列的對比調(diào)質(zhì)試驗,試驗如下:(原來供貨鋼廠球扁鋼以下稱A,后來供貨鋼廠球扁鋼以下稱為B)。

        (3)原始熱軋狀態(tài)的化學成分、金相組織及力學性能對比化學成分見表4(%)。以上兩個批號球扁鋼的化學試驗結果均滿足標準要求,而且各項數(shù)據(jù)相近,可作為比對試驗用。

        表1 力學性能

        表4 原始熱軋狀態(tài)化學成分見表

        原始熱軋狀態(tài)的金相組織見表5。

        表5 原始熱軋狀態(tài)的金相組織

        圖3 粒狀貝氏體

        圖4 粒狀貝氏體

        圖5 粒狀貝氏體+部分沿晶分布的疑似珠光體

        圖6 粒狀貝氏體+部分沿晶分布的疑似珠光體

        力學性能試驗結果見表6。

        表6 原始狀態(tài)力學性能

        從以上組織及金相照片可以看出,兩個鋼廠的化學成分接近的熱軋原始態(tài)球扁鋼組織有很大的差異,相應力學性能也差別很大,所以兩個鋼廠選用同一種中頻淬火工藝是不可行的,這也是工廠采用原來的工藝對B鋼廠熱軋球扁鋼中頻淬火調(diào)質(zhì)后不能合格的主要原因之一。

        2 實驗及分析

        為尋找出適合A、B鋼廠的熱處理工藝,做了以下不同熱處理制度的比對和探索實驗,表7為第一次調(diào)質(zhì)處理參數(shù),表8為相應部位的硬度值和組織。

        表7 第一次實驗的處理參數(shù)

        表8 第一次實驗后相應部位的硬度值和組織

        圖7 A1球頭

        圖8 A1球扁

        圖9 B1球頭

        圖10 B1球扁

        圖11 A2球頭

        圖12 A2球扁

        圖13 B2球頭

        圖14 B2球扁

        同時將以上熱處理試樣分別作了拉伸和沖擊試驗,結果見表9。

        表9 第一次試驗后試驗拉伸和沖擊試驗

        從以上試驗結果可得出如下結論:

        (1)890℃時兩個鋼廠球扁鋼的淬火組織雖然都是馬氏體,但A鋼廠的淬火組織明顯比B鋼廠的組織好,淬透性更好些。910℃兩個鋼廠球扁鋼淬火組織比較接近,硬度值也比較接近,這時候A、B兩個鋼廠的球扁鋼都已經(jīng)全部淬透。

        (2)A、B兩組球扁鋼經(jīng)過不同溫度回火后進行力學性能試驗,第一組數(shù)據(jù)除屈服強度偏低接近標準值,其他試驗結果都合格;第二組數(shù)據(jù)沖擊功全部合格,強度值比第一組更低,沒有達到標準要求。這些數(shù)據(jù)說明此次試驗890℃的淬火溫度偏低回火后強度達不到標準要求,而680℃回火溫度偏高雖然讓A、B鋼廠球扁鋼的韌性得到了改善,沖擊值不僅合格而且有較大富裕,但強度明顯不足,所以后續(xù)的熱處理工藝要求在保證韌性合格的基礎上進一步提升強度。于是我們重新制定了熱處理工藝。

        為了提高強度,我們調(diào)整了熱處理工藝,淬火溫度從原來的890℃和910℃,直接取中間值900℃,保溫時間30分鐘不變;回火溫度從660℃,680℃直接降到640℃,保溫時間從120min降到80min,分別對A和B鋼廠的兩組試樣經(jīng)過以上熱處理后,進行球頭的拉伸和沖擊試驗,球扁的沖擊試驗,試驗結果如下。

        表10 第二次實驗的處理參數(shù)

        以上熱處理工藝后的拉伸和沖擊試驗結果如下:見表11。

        表11 第二次拉伸和沖擊實驗

        結合以上數(shù)據(jù),降低20℃進行回火,強度得到了很大的提高,沖擊指標也在合格的范圍內(nèi)(與660℃和680℃回火對比,沖擊值有一定程度的降低)屈服強度超過 標準規(guī)定值,所以還需要對回火的工藝進行調(diào)整。

        第五組試樣選擇900℃,保溫一個小時,主要意圖是將B鋼廠球扁鋼奧氏體狀態(tài)更加均勻化,對后期的回火有好處;回火溫度調(diào)整到650℃,保溫時間從80min變?yōu)?0min,使強度得到改善,實驗結果如下。

        表12 第三次實驗處理參數(shù)

        以上熱處理工藝后的拉伸沖擊數(shù)據(jù)見表13。

        表13 第三次拉伸和沖擊實驗

        結果表明組織已經(jīng)淬透,選擇的淬火溫度和保溫時間沒有問題。

        上表試驗結果屈服強度提升很大卻超過了標準要求,其他試驗數(shù)據(jù)均滿足標準要求,為適當降低屈服強度,而且保證其他指標要求,我們又調(diào)整了熱處理工藝,做了第八組試驗,工藝如表14。

        表14 第四次實驗處理參數(shù)

        表15 第四次拉伸和沖擊實驗

        為了驗證工藝的合理性,又做了一組實驗。實驗工藝及結果如下。

        表16 第五次實驗參數(shù)

        表17 第五次拉伸和沖擊實驗

        實驗完全滿足標準要求,驗證了該工藝的合理性。

        通過以上四組數(shù)據(jù)的分析,再同樣的熱處理制度下,A鋼廠和B鋼廠的結果不一樣,A鋼廠的強度一直比B鋼廠高,說明A鋼廠熱軋球扁鋼的軋態(tài)組織優(yōu)于B鋼廠,所以前期熱軋狀態(tài)組織對后續(xù)的調(diào)質(zhì)工藝是有影響的。不能用同一熱處理工藝進行調(diào)質(zhì);即便是同一鋼廠的不同批號的球扁鋼也要根據(jù)不同的原始組織微調(diào)熱處理工藝。

        3 實驗結論

        (1)不同鋼廠生產(chǎn)出來的921A球扁鋼工藝不會完全相同,熱軋后的組織也有很大的區(qū)別:新鋼廠球扁鋼出廠時組織偏析較嚴重,中頻淬火中較短的淬火時間難以改善偏析現(xiàn)象。

        (2)不同軋態(tài)的921A球扁鋼后續(xù)的調(diào)質(zhì)工藝也要相應調(diào)整,才能滿足使用要求。

        (3)經(jīng)過試驗認證,適合A、B鋼廠921A球扁鋼的調(diào)質(zhì)工藝為加熱900℃,保溫60min后淬火,670℃保溫120min回火。

        (4)C、Mn含量不同,即碳含量較高的話,要適當調(diào)整調(diào)質(zhì)工藝,保溫時間延長,回火溫度調(diào)高。

        (5)以上結論為921A球扁鋼非中頻淬火加回火的實驗爐最佳調(diào)質(zhì)工藝,能很好地指導大爐批量熱處理。

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