ZG15Cr1MoA钢热处理工艺的优化选择

ZG15CR1MOA钢热处理工艺的优化选择张海燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004摘要测定了ZG15CR1MOA钢的化学成分、临界点和TTT曲线。研究了热处理工艺与钢的力学性能的关系,用优化类比的方法确定了ZG15CR1MOA钢的最佳热处理工艺。关键词临界点力学性能最佳热处理工艺中图分类号TG16219文献标识码A文章编号02542605120011120033203OPTIMIZATIONOFHEATTREATMENTPROCESSFORSTEELZG15CR1MOAZHANGHAIINSTITUTEOFMECHANICALENGINEERING,YANSHANUNIVERSITY,QINHUANGDAOHEBEI066004,CHINAABSTRACTTHECHEMICALCOMPOSITION,CRITICALPOINTANDTTTCURVEOFZG15CR1MOASTEELWEREMEASUREDTHERELA2TIONSHIPBETWEENTHEHEATTREATMENTPROCESSANDMECHANICALPROPERTIESOFSTEELZG15CR1MOAHADBEENSTUDIEDTHEOPTIMUMHEATTREATMENTPROCESSFORZG15CR1MOASTEELWASDETERMINEDBYMEANSOFANALOGUEKEYWORDSCRITICALPOINTMECHANICALPROPERTIESOPTIMUMHEATTREATMENTPROCESS作者简介张海1951,男,吉林榆树人,硕士,副教授,主要从事金属材料热加工、大锻件热处理残余应力的研究等方面的教学和科研工作,已发表论文近20篇。联系电话03358050973收稿日期2001202219作为火力发电设备中的大型铸钢件汽轮机汽缸的生产,如何实现优质、安全是极其重要的。本文通过实测ZG15CR1MOA钢的化学成分、物理参数、C曲线及其在不同正火、回火工艺处理后的力学性能,用优化类比的方法确定了ZG15CR1MOA钢的热处理工艺参数,从而为模拟试验和最终批量生产时选择热处理工艺参数奠定了坚实的基础。1试验方法及结果111化学成分和临界点的测试由单浇试块测得ZG15CR1MOA钢的化学成分如表1所示。用饱和热磁仪测量ZG15CR1MOA钢的临界点,测定临界点试样的尺寸为3MM2530MM,为防止烧损和成分变化,试样表面要求镀铬,测定结果见表2。表1ZG15CR1MOA钢的化学成分质量分数,TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOFSTEELZG15CR1MOAWT成分CCRSIMNPSMO实测值011611100128016001006010210152标准值0122110011500162014601840104010401450165表2ZG15CR1MOA钢的临界点TABLE2CRITICALPOINTSOFSTEELZG15CR1MOA临界点AC1AC3AR1AR3温度/760872656815112ZG15CR1MOA钢C曲线的测定用热磁仪测量C曲线,C曲线的范围建立在A1MS点之间。试验测出不同温度下的等温转变动力学曲线,确定出转变终了以及转变开始的时间,然后将坐标转换成温度和时间的关系,用金相法作为校验手段,以判断转变量和时间的关系。试样尺寸要求与测定临界点所用试样一致。测定的C曲线如图1所示。图1ZG15CR1MOA钢的C曲线FIG1CCURVESOFSTEELZG15CR1MOA113热处理工艺参数的确定汽轮机汽缸是一复杂的大型铸钢件,使用温度大约在560左右,其性能要求有高的强度和一定的塑、韧性,热处理工艺一般为正火回火,正火温度为AC350100,回火温度在AC1以下,应比使用温度高100左右1。在很小,且工艺1的更小。因为它们的渗氮时间较短,并在渗氮以前增加了一道去应力工序。同时工艺1中通入的渗剂单一,进行的化学反应相对简单,所以畸变量较小。5结论经过对球墨铸铁曲轴渗氮试验,预氧化法气体快速渗氮与低温铁素体氮碳共渗工艺相比,其渗氮速度较快、效果好,引起曲轴的弯曲畸变量更小,但其表面硬度、渗层和扩散层的金相组织基本相同。参考文献1胡明娟,潘健生,等短时渗氮工艺的研究J金属热处理,1997,54252赵萍快速渗氮工艺J金属热处理,1998,4402423代立新,马占坡,等预氧化快速气体渗氮新工艺J金属热处理,1997,9302314安运铮热处理工艺学M北京机械工业出版社,1988,65彭其凤,丁洪太热处理工艺设计M上海上海交通大学出版社,1994,86胡明娟,潘健生钢铁化学热处理原理M上海上海交通大学出版社,1996,433金属热处理2001年第26卷第11期ZG15CR1MOA钢正火温度范围内分别取上、中、下限3个加热温度,每个正火温度下选取5个回火温度,共进行15个系列热处理试验。从单浇试块锯切成尺寸为25MM25MM10MM的试样,热处理工艺曲线如图2所示。正火温度分别取930、950、980,回火温度分别取640、660、680、700、720。试样经热处理后,加工成5倍拉伸试样I05D0,进行拉伸试验,试验结果如图3、4所示。图2ZG15CR1MOA钢试样的热处理工艺曲线FIG2HEATTREATMENTCURVEOFTHESPECIMENSOFSTEELZG15CR1MOA图3ZG15CR1MOA钢正火后不同回火温度对力学性能的影响A930B950C980FIG3EFFECTOFTEMPERINGTEMPERATURESONMECHANICALPROPERTIESOFSTEELZG15CR1MOANORMALIZEDATA930B950C980图4正火温度对ZG15CR1MOA钢680回火后的力学性能影响FIG4EFFECTOFNORMALIZINGTEMPERATUREONTHEMECHANICALPROPERTIESOFSTEELZG15CR1MOATEMPEREDAT6802试验结果分析与讨论211物理参数的测定结果分析由表1可以看出,试验材料的化学成分都在标准偏差范围内。由于CR和MO都是碳化物形成元素,钼强烈推迟珠光体转变,而对贝氏体转变的推迟作用较弱,铬推迟贝氏体转变的作用大于推迟珠光体转变的作用同时铬、钼都使钢的平衡临界点A1、A3和ACCM升高,钼还降低贝氏体的形成温度,而提高珠光体的形成温度,01251的钼即可使C曲线出现明显分离2,3。实测15CR1MOA钢具有双鼻子的C曲线,C曲线中贝氏体转变曲线的鼻子距纵轴较近,这些都与理论分析的结果一致4。从C曲线的形状和位置可知,即使采用淬火的方法也难以得到马氏体,而采用正火的方法最可能得到的组织是珠光体和铁素体,由于少量碳化物的存在,对珠光体组织有细化作用。212热处理工艺分析由表2测出的ZG15CR1MOA钢的临界点和图1测出的C曲线,为确定热处理工艺参数提供了充分的参考条件。经设计好的15种热处理工艺热处理后,进行了系列拉伸试验,得到的力学性能进行了比较如图3、4,并综合考虑汽轮机汽缸体使用性能要求S28MPA,B50MPA,20,35。可以看出,采用980正火、680回火时的性能最合理。980正火、680回火时钢的金相组织观察如图5所示,金相组织为铁素体加索氏体和少量碳化物,晶粒度8级。图5ZG15CR1MOA钢经980正火、680回火后的显微组织500FIG5MICROSTRUCTUREOFSTEELZG15CR1MOAAFTER980NORMALIZINGAND680TEMPERING5003结论1ZG15CR1MOA钢试样的化学成分在标准范围内,其临界点为AC1760,AC3872,AR1656,AR3815。2ZG15CR1MOA钢的C曲线具有“双鼻子”,C曲线中贝氏体转变曲线距纵轴较近。由C曲线的形状可知,采用正火的方法最可能得到的组织为铁素体索氏体少量碳化物。3ZG15CR1MOA钢用于制造汽轮机汽缸体的最佳热处理工艺为980正火680回火,此时的晶粒度为8级,金相组织为铁素体索氏体少量碳化物,完全能满足汽轮机汽缸体的各项力学性能指标。43金属热处理2001年第26卷第11期正交试验确定三级船用锚链的热处理工艺李忠华江苏理工大学材料科学与工程学院,江苏镇江212000摘要通过正交试验,研究了热处理工艺因素对三级船用锚链力学性能的影响。试验结果表明,提高淬火加热温度可提高环背的抗拉强度和焊口的冲击韧度,并降低环背的冲击韧度提高回火加热温度可降低环背的抗拉强度,提高环背和焊口处的冲击韧度。在此基础上,提出了较为合理的热处理工艺参数。关键词正交试验锚链钢热处理中图分类号U6716文献标识码A文章编号02542605120011120035203PARAMETERSOPTIMIZATIONOFHEATTREATMENTFORTHETHIRDGRADESHIPPSANCHORCHAINSBYORTHOGONALTESTLIZHONG2HUADEPARTMENTOFMATERIALSCIENCEANDENGINEERING,JIANGSUUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,ZHENJIANGJIANGSU212000,CHINAABSTRACTTHEINFLUENCEOFHEATTREATMENTPARAMETERSONMECHANICALPROPERTIESOFTHETHIRDGRADESHIPPSANCHORCHAINSWASSTUDIEDBYORTHOGONALTESTINTHISPAPERTHERESULTSSHOWTHATINCREASINGTHEQUENCHINGTEMPERATURECANINCREASETHEIMPACTTOUGHNESSOFWELDSEAM,ANDINCREASETHESTRENGTHANDREDUCETHEIMPACTTOUGHNESSINTHEBACKOFTHEANCHORCHAINPSCIRCLE,BUTINCREASINGTEMPERINGTEMPERATURECANREDUCETHESTRENGTHINTHEBACKOFTHEANCHORCHAINPSCIRCLEANDINCREASETHEIMPACTTOUGHNESSACCORDINGTOTHETEST,SUITABLEPROCESSPARAMETERSOFHEATTREATMENTHAVEBEENDETERMINEDKEYWORDSORTHOGONALTESTSTEELFORANCHORCHAINSHEATTREATMENT作者简介李忠华1964,男,江苏张家港人,硕士,讲师,主要从事金属材料教学和研究,共发表文章6篇。联系电话05118899960收稿日期2001204230船用锚链作为船舶安全件,对船的安全起着十分重要的作用。因此,锚链的质量控制和质量保证十分严格,必须符合船检规范要求。某厂船用三级锚链采用闪光焊接生产,材料为30MN2钢,化学成分质量分数,要求01270133C,0120155SI,112119MN,01030S,01030P性能要求B690MPA,17,40,环背处KV80J,焊口处KV50J。且冲击韧度试验时要求,焊口处5块试样的KV平均值应大于50J,低于50J的应不多于2块,且最低值应大于100/3J环背处3块试样的AKV平均值应大于80J,且只允许1个单值低于80J,但不得低于该平均值的70。目前该厂热处理工艺是调质处理,参数为8601070MIN水淬6001090MIN回火水冷。生产中废品率较高,其主要缺陷是焊缝夏比冲击韧度达不到要求。导致锚链焊缝韧性不足的原因很多,如原材料、焊接工艺、热处理工艺等。本文通过正交试验研究热处理工艺对锚链力学性能的影响,从而确定较好的热处理工艺参数。1试验方法111试验过程及设备用70MM的30MN2钢经闪光焊接制成单环约25KG,按船检规范1要求取样如图1、制试样、热处理并检测性能。采用RTX245箱式电阻炉进行淬火加热用RJJ236井式电阻炉进行回火加热淬、回火均采用到温装炉。图1锚链单环A和取样部位B示意图FIG1SCHEMATICOFTHECHAINCIRCLEAANDTHEPOSITIONBFORSELECTINGSPECIMENS112试验方案设计在热处理工艺参数中我们选择了主要影响因素淬火加热温度、淬火冷却介质、回火温度和回火时间进行了正交试验,研究这些因素对锚链力学性能的影响。因素水平表如表1,根据正交表选用原则2采用L934正交表。表1试验因素水平表TABLE1FACTORSA