30Mn水淬钢调质热处理工艺的研究

6 试验 30 伟 ，王 威 ，任学平 ，何建中 ，丰小冬 ，赵广林z，郭兆成z (1北京科技大学材料学院，北京100083；2包头钢铁(集团)公司，内蒙古包头014010) 摘要：测定了30究表明，当冷却速度大于60Cj，能得到50以上的马氏 体组织，淬透性能满足0245 4 此基础上研究了不同的回火温度、回火保温时 间、淬火温度和淬火保温时间对30订了实验室条件下的调质热处理工艺，并进行 了试验研究。结果表明，经此调质工艺处理后，材料的力学性能达到了为水淬钢种，30可用来生产关键词：油井管；30透性；调质热处理工艺 中图分类号：文献标识码：001(2005)04000606 01T 00083，2S(o，14010，he CT of 0Mn he is 0sin of 0，is up to as 1 384 on is of of on of 0Mn is in of 0Mn as as 0Mn as a of is to 80Q il 0Mn CT 前 言 30团)公司(以下简称包 钢)用于水淬工艺生产。通过试验研究了30线和淬透性)，在此基础上于实验室条件下重点 研究了不同的热处理工艺参数对30伟(1980一)，男，在读硕士研究生，主要从事水 淬油井管热处理工艺研究工作。 005，4， 能的影响，并找出其影响规律，为实际生产中确定 热处理工艺参数提供了依据。 1试样制备与研究方法 试验用30 炉炼铁一铁水预处理一80 精炼一铸坯规格为 1 80 制成 1778 9 的 化学成分(质量分数，)为：C 029，25， 钢管2005年8月第34卷第4期 维普资讯 30，P 0018，S 0008，28，016 018，006，005，夹杂物及五害元 素含量均符合，并经过退火；淬透性试样在穿孑过 退火。所有试样均按相应的规定加工成标准尺寸： 热处理试样从热轧管上截取，按工成标 准的拉伸试样(D=254 =508 13 和纵向夏比5 采用箱式电加热炉对热处理试样进行加热及保 温；在500 00 。为保证试样淬火时冷却均匀，将试样快速放人 水槽，同时进行搅动，并定期更换冷却水，保证冷 却水温度低于30。 力学性能试验在上进行之后在扫描电子显微镜下观察经不同热 处理工艺处理后的试样显微形貌。 热处理制度包括4个工艺参数：回火温度和回 火保温时间淬火温度和淬火保温时间。本试验采 取逐一确定法即首先研究回火温度，然后依次是 回火保温时间、淬火温度和淬火保温时间；最后采 用选定的4个工艺参数进行试验检验。为保证试验 精度，每个温度点选取3个拉伸试样，9个冲击功 试样，然后取其平均值。 2 用水淬工艺需要有适合于该工艺的钢种。而 求的重要依据，同时也是制订相应热处理制度的 基础。 21 照 512819930定了30，如图1所示。 按照于淬火后应获得50以上的马氏体组织。因此，确定 获得50马氏体组织的冷却速度，对于检验钢种的 淬透性及实际生产具有重要的指导意义。 从图1看出冷却速度为60C可 得马氏体组织。而实际工业生产中，水淬 的冷却速度远远大于60Cs。因此，30完全能够获得大于50的马氏体组织。 22淬透性 按照80钢级的钢种应在淬 王伟等：3000 800 700 600 500 400 300 200 100 0 始状态退火 奥氏体91 5 盯 晶粒度：8级 8I )4 N1、 、 t c l 、 下 生 t 、 一 一一 | l， 。 | 生 32 、 、 ! 川 | A 【 j ， 1 。) I) h 10： 10 武l 图1 30后得到大于50的马氏体组织此时材料的最小 硬度值由下面公式确定： 52x(C)+21 根据此公式可计算出30为 不同淬火温度下，测量与的距淬火端距离(淬透性指数)，便可得的淬透性指数变化规律，如图2所示。 图2 30图2看出随着淬火温度的升高，材料的淬 透性指数也从478 9 在这个厚 度范围内，试样组织中含有50的马氏体组织。 需要说明的是，本试验采用端淬法测定钢种的 淬透性，即只对试样的一端进行水冷；而包钢在实 际生产中采用的是外淋内喷的水冷工艺，相当于 钢管内外双面冷却，其淬透性指数值约为本试验条 件下所测值的两倍，因而能够满足包钢 245 1 384 钢管2005年8月第34卷第4期 维普资讯 1回火温度对组织性能的影响 设定相同的淬火温度890，淬火保温时间30 火保温时间50 选用不同的回火温 度：580，600，610，620，630，640，650，660。 试验结果如图3所示。 28 霉 26 三 14 一 ” 850 800 750 量 700 650 600 110 105乏 0 15 90 85 同火温度 图3回火温度对材料性能的影响 由图3可知，随着回火温度的升高，材料的强 度、硬度逐渐降低，伸长率和冲击功逐渐提高，且 变化幅度很大。对图3进行分析后确定：回火温度 为620 时，材料的综合性能较佳。 3_2回火保温时间对组织性能的影响 设定相同的淬火温度890，淬火保温时间30 火温度620，而选用不同的回火保温时 间：30，40，50，60，70，80 验结果如 图4所示 火保温时IJ4回火保温时间对材料性能的影响 由图4可知，随着回火保温时间的延长，材料 005，4， 的强、硬度逐渐降低，伸长率和冲击功逐步提高。 根据各性能的变化规律，回火保温时间定为40 3淬火温度对组织性能的影响 设定相同的淬火保温时间30 火温度 620，回火保温时间40 选用不同的淬火 温度：850，870，880，900，910，930。试 验结果如图5所示。随着淬火温度的升高，材料的 强度、硬度、伸长率和冲击功均逐渐升高但总体 变化并不明显。根据这一规律和30研究的结果淬火温度确定为900。 淬火温度 图5淬火温度对材料强度和硬度的影响 34淬火保温时间对组织性能的影响 设定相同的淬火温度900 ，回火温度620 ， 回火保温时间40 选用不同的淬火保温时 间：10，20，30，40，50 验结果如图6所 示 随着淬火保温时间的延长，材料的强、硬度指 标逐渐降低：伸长率和冲击功基本保持不变。根据 综合火保温时间可确定为30 22 0 、。218 竹21 6 ；214 21 2 850 800 750 之700 650 ：=二 = = x 一 -：3 。 1 5 10 20 30 40 50 淬火保温时IJ6淬火保温时间对材料强度和硬度的影响 维普资讯 5热处理工艺的确定 在研究淬火温度、淬火保温时间、回火温度、 回火保温时问对3080力学性能的 影响规律的基础上，制定出该钢种的最终热处理工 艺制度。其工艺制度为：回火温度620保温时 间40 火温度900，保温时间30 1为按此热处理工艺处理后材料的性能数据 由表1可以看出，材料的各项力学性能指标均满足 在中上限：晶粒度 80100级，金相组织为回火索氏体夹杂物1 级，均满足包钢最初提出的夹杂物控制范围及金相 组织要求 表1用选定的热处理工艺检验结果 4讨论 41回火温度 从试验数据来看，淬火钢在不同温度回火时， 其力学性能变化很大，而这些性能的变化与回火过 程中的微观组织变化密切相关。 淬火钢在580回火后得到回火索氏体组织， 在晶内、晶界及原马氏体板条边界还存在着棒状和 条状碳化物(图7a)；回火温度提高到620时， 棒状和条状碳化物明显粗化和长大，数量也增多 (图7b)从而导致材料强度、硬度降低，而塑性提 高 但同时由于合金碳化物的二次硬化效应l 2_，材 料的强度和硬度降低较小；当回火温度继续提高 时组织中原板片状的渗碳体开始聚集和球化(图 7c)破坏了晶界上的连续膜而成为分离的球化质 点从而使钢的韧性继续升高，加之二次硬化效应 显著减弱也使材料的强度和硬度急剧降低。 (b)620 7不同回火温度对材料组织的影响 42回火保温时间 就回火时间对力学性能的影响而言，试验温度 选择在620 察到的显微组织为大量在晶 内、晶界和原马氏体板条边界析出的棒条状碳化物 (图8a)：随着回火保温时间由30 化物发生粗化和球化，铁素体则进一步回 王伟等：30和等轴化(图8b)，使钢的强度和硬度进一步降 低，塑性提高。从试验数据可以看出，回火保温时 间太短或者太长，钢的强韧性都不是太好。在实际 操作中，出于节能和降低劳动强度考虑，希望尽可 能缩短回火时间。 和回火时间对回火程度影响的经验公式l 3l。根据 钢管2005年8月第34卷第4期 维普资讯 (a)保温30b)保温808不同回火保温时间对材料组织的影响 该公式，当回火性能已确定时，回火温度和回火保 温时间可相互换算，因此可按需要选择回火参数。 43淬火温度 由于升高淬火温度会使奥氏体晶粒发生粗化。 因此通常随着淬火温度的升高。钢的强度和塑性降 低。然而研究表明，随着淬火温度的升高，材料的 强度和塑性均提高。这一方面可能是由于淬火时固 溶的合金元素产生固溶强化，使得材料的强度、硬 度上升；另一方面。这些溶质元素也会阻碍位错运 动。使得马氏体板条中的位错包和位错线难以进行 相互运动合并和销毁。强碳化物形成元素会阻碍碳 化物的聚集长大，阻碍火 过程中析出的弥散碳化物钉扎位错和晶界。加剧这 种阻碍作用_4I。因而经高温回火后，未充分回复和 再结晶的9a)，没有再结晶 成为等轴的使淬火温度升高至930 这种情况仍然存在(图9b)。 44淬火保温时间 淬火保温10 j，钢的强度和塑性都偏低， 主要是由于淬火保温时间太短。奥氏体中溶解的碳 和合金元素成分尚未均匀，回火后所得回火索氏体 及铁素体组织也不均匀(图10a)；淬火保温H,005，4， (a)850淬火 (b)930淬火 图9不同淬火温度对材料回火组织的影响 3050 j，材料的强度和塑性变化不大，均保 持较为良好的数值。主要原因是随着淬火保温时间 的延长，淬火后马氏体组织和合金元素实现均匀 化，回火后组织也较为均匀(图10b)。 (a)保温10b)保温50普资讯 (1)在实验室条件下测定了30和淬透性。结果表明：在冷却速度大于60 s 时，能获得大于50的马氏体组织；淬火后能满足 (1)245 4 2)不同回火温度、回火保温时间、淬火温度 和淬火保温时间对30 对而言，回火温度和回火保温时间的影响更为明 显：回火温度升高回火保温时问延长，材料的强 度指标随之下降，塑性、韧性指标随之上升。这些 规律是制订和调整热处理工艺的重要依据。 (3)在实验室调质处理的条件下(回火温度 620 温时间40 火温度900 温 时间30 30信 息 580验证明30为水淬钢种可以用来生产6参考文献 1 管和油管规范【s】2002 2惠卫军，董瀚，翁宇庆，等回火温度对o力学性能的影响金属学报，2002，38(10)：1012 3 H， D945，162(2)：2234索进平，徐邦伟，张民勇，等淬火温度对2 1理化检验一物理分册， 1996，32(1)：15 (收稿日期：200501哈萨克斯坦将建大型钢管厂 新近进入钢管生产市场的意大在哈萨克斯坦共和国北部 该套轧管机组提供包括工艺 技术、机械设备、电气和自动化系统以及加热炉在内的全套服务。设计和供货。 该套轧管机组采用限动芯棒工艺技术，原料为连铸圆坯，钢管年产量为27万t，产品外径为60277 计2006年投 产。设备构成有：100t孑动芯棒连轧管机、脱管机、再加热炉、张力减径机、冷床及精加工设备。 所用限动芯棒连轧管机适合于轧制所有钢种，灵活性大，产品的尺寸精度高，表面质量好。轧管机通过液压限制负荷 自动辊缝控制系统，可简便地实现工艺控制。 (攀钢集团成都钢铁有限责任公司杜厚益) 美国俄勒冈钢公司新建1座螺旋缝双面埋弧焊管厂 美国俄勒冈钢公司已正式关闭其在加利福尼亚州已与总部设在匹兹堡的旧设备交易商备公司签订了有关设备转卖的协议。 用以展示套轧机 被称做“美国西部唯一的1套生产直缝双面埋弧焊管的设备”。2004年初夏前，N g级品 直径：4061 066 642 壁厚：7281-1 俄勒冈钢公司于1987年购进前该厂已经停产。该公司于2004年春作出决定，在俄勒冈州波特兰市附近新建 1座螺旋缝双面埋弧焊管厂。根据产品结构的要求，新焊管厂需安装两套轧制设备，年生产能力为15万t，生产满足求的大口径管线管。产品规格范围为外径5081 524 060 壁厚635254 25-1 长度可达24384 m (80 按照计划。新建的螺旋缝双面埋弧焊管厂将2006年初投入生产。 (攀钢集团成都钢铁有限责任公司高少华) 王伟等：30管2005年8月第34卷第4期 维普资讯 ！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅读！谢谢阅读谢谢阅