连轧机低合金钢空心大芯棒的一种热处理工艺

第37卷第2期2015年4月四JIL冶金SICHUANMETALLURGYVOL_37NO2APR，2015文章编号100151082015O2一OO15一O4连轧机低合金钢空心大芯棒的一种热处理工艺康强，冯庆鞍钢集团攀钢成都钢钒有限公司，四川成都610303摘要采用低合金30CR2MOV替代高合金4CRSMOSIV1制造连轧机芯棒，降低了生产成本，给出了大直径4047MMX13500MM空心芯棒制造的具体热处理工艺。通过提高水对芯棒的冷却强度，低合金30CR2MOV大直径空心芯棒达到了与4CR5MOSIVL芯棒相同的性能标准。为低合金制造芯棒进一步研究，提供了重要参数。关键词大直径连轧管机空心芯棒；热处理工艺；冷却强度；性能中图分类号TG155文献标识码BAHEATTREATMENTPROCESSOFMPMLOWALLOYHOLLOWMANDRELKANGQIANG，FENGQINGPANGANGGROUPCHENGDUSTEELANDVANADIUMCO，LTD，CHENGDU610303，SICHUAN，CHINAABSHACTANEWECONOMICA1LOWALLOYSTEEL30CR2MOVFORIARGESIZEDMPMHOLLOWMANDREDWASPRESENTEDTOREDUCETHECOSTOFMATERIALSTHEHEATTREATMENTPROCESSWASDETERMINEDBYIMPROVINGWATERCOOLINGMANDRELSTRENGTH，THELOWALLOYSTEEL30CR2MOVPROPERTIESOFTHEIARGESIZEDMPMHOLLOWMANDRELHAVEBEENUPTOTHESAMEPERFORMANCEOFHIGHALLOYSTEEL4CR5MOSIV。SIMILARPROBLEMSOFFURTHERSTUDYSUPPLIESANIMPORTANTREFERENCEKEYWOIDSLARGESIZEDMPMHOLLOWMANDRELHEATTREATMENTPROCESSCOOLINGSTRENGTHPROPERTIES1引言质量，降低芯棒生产成本是亟待解决的问题。本文介绍了对低合金钢连轧机组的大直径芯棒是生产无缝钢管的连轧机组中所使44047MM13500MM空心芯棒所作改用的最重要的变形工具之一。其消耗量较进，工艺其性能经过0试达到了大，并且它的质量和成本直接关系到无缝钢4CR5MOVISI钢大芯棒制造标准。们关注的焦点，而影响钢管生产成本的重要因素之一则是棒的成本。如何提高芯棒的2130CR2MOV芯棒的制造工艺流程作者简介康强，高级工程师主要从事轧管工模具研制和技术管理工作。在模拟试样试制的基础上，确定了芯棒制试棒芯M的为争成竞益业效管产钢生着高随提产剧生加管益四川冶金第37卷制造工艺流程电炉冶炼十钢包炉精炼真空脱气一电渣重熔高温均质一锻造一退火一粗车一调质处理一矫直及去应力退火一精车一镀铬及磷化。22化学成分选择我们分析比较了大容量发电机组汽轮机转子选用材质的合金化特点，结合积累的高品质热作模具钢特别是4CR5MOV1SI芯棒生产技术经验，将30CR2MOVGB标准的成分范围作调整，C含量取上限并适当增加MO、V含量，以期提高30CR2MOV高温强度、高温耐磨性和抗回火稳定性，从而达到与4CR5MOVISI芯棒相当的高温服役性能和使用寿命的目的，确定了如表1所示的芯棒用30CR2MOV钢的化学成分。表130CR2MOV钢芯棒化学成分要求23热处理工艺大直径连轧管机芯棒的质量要求和芯棒用30CR2MOV钢的成分特点，基于计算机模拟的芯棒热处理工艺参数，制定了淬火回火处理的芯棒热处理工艺路线。3OCR2MOV号钢芯棒的热处理工艺如图1所示。3结果分析及讨论图130CR2MOV芯棒似047MM热处理工艺图连轧机芯棒的性能要求较高，尤其是冲击值和抗回火稳定性指标是衡量连轧机芯棒好坏的关键技术指标1Q。为使30CR2MOV钢制造空心芯棒的性能特别是淬透性以及抗回火稳定性能满足芯棒使用，达到4CR5MOV1SI钢大芯棒制造标准，开展了下面工作。时间31化学成分由MOSER和LEGAT提出合金钢的理想临界直径公式DIDIC221MN140SI213CRX3275MOX147NI。叫DIC基本淬透性直径由含碳量和奥氏体晶粒度决定；式中各合金元素以质量百分数表示1碳元素的影响。碳元素是高热强性钢的主要化学元素，是形成铬碳化合物、钼碳化物、钒碳化物和各种类型碳化物的不可缺第2期少的基本元素。对制造轧管工具的钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体引起固溶强化，另外一部份碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。这种碳化物将决定钢的性能。当C小于1296时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大、淬透层深度增加。2MO元素的影响。MO元素是强C化物形成元素。钼的加入能够提高奥氏体的稳定性以及钢的淬透性，并且在钢的回火过程中和碳元素结合形成数量较多的较稳定的M2C合金C化物析出，这种析出过程是一种弥散的质点强化相析出，较为均匀地分布在钢的基体中，具有较好的硬化效果。高MO的优点有提高淬透性，抑制品界碳化物的析出和贝氏体转变；提高回火抗力；提高高温强度和高温蠕变强度；提高抗热裂能力；提高韧度；共品碳化物细化和碳化物分布均匀。533V元素的影响。钒元素是强碳化物形成元素，其在钢中的作用和钼元素相似，钒元素在钢中形成的是M2C和MC类形的碳化物，产生弥散强化相，不但能弥补铬量的减少，而且能阻碍奥氏体晶粒的长大、改善碳化物的形态、提高钢的强度。V在钢中的主要作用是细化钢的晶粒和组织，增加钢的回火稳定性。一般认为，V加入005可细化品粒，随着加入量的增加，细化效果加强。V和MO、W一样溶人基体中提高AFE的自扩散激活能。另外它偏聚在位错线附近形成气团，与位错产生交互作用阻止其滑移、阻止位错网络重新排列成胞状压结构，增加马氏体的回复再结晶抗力，增加回火稳定性。但过多的V形成的碳化物，成网状或链状分布在原奥氏体品界，而且不易重溶，降低钢的韧性。根据以上分析，结合考虑连轧机大芯棒的使用状况以及本文后面介绍的热处理工艺，适当调整30CR2MOV钢化学成份制造空心芯棒，C含量取上限范围，强度取上限。增加MO、V含量提高30CR2MOV钢空心芯棒的淬透性以及抗回火性。32热处理工艺热处理淬火冷却技术是热处理工艺中的重要和关键技术。3OCR2MOV替代4CR5MOV1SI制造连轧机芯棒核心是通过提高淬火冷却强度而充分发挥材质性能。30CR2MOV大直径芯棒要充分发挥材质性能，有必要研究提高对芯棒淬火冷却强度方法。由不同的冷却强度H下的至试样水冷端的距离与临界直径D1的关系5可知增大冷却强度可以提高材质淬透性，还可以提高材质抗回火性。众所周知，炽热工件淬入水基介质中的冷却分三个阶段蒸汽膜阶段、核沸腾冷却阶段和对流冷却阶段。在蒸汽膜阶段，形成的过热蒸汽膜隔绝工件表面与介质，这时的传热依靠辐射和蒸汽导热进行，所以工件冷却缓慢；当工件提供热量不足以维持蒸汽膜时，这层膜发生破裂，工件转入核沸腾期阶段的冷却，工件表面与介质发生直接接触，形成核沸腾，工件表面很快形成蒸汽泡，蒸汽泡急剧上升和带走热量，这阶段的冷却十分强烈；在工件表面降至介质沸点温度时，开始进入对流和传导冷却阶段，这一阶段的冷却相当缓慢。显然，加热工件的冷却强度与加热工件冷却介质界面上的热量传递有关。为了提高水对芯棒淬火冷却强度，对芯棒心部打孔并对芯棒设计制造了如图2所示芯棒内孔专用冷却系统。在淬火工艺中，以水作为淬火介质，对空心芯棒的内部和外部同时进行冷却。芯棒外部冷却采用现有常用的工艺方法。芯棒内孔采用如图2所示方法进行冷却，通过强制对四川冶金第37卷流加快加热工件冷却介质界面上的热量传递并缩短芯棒内孔蒸汽膜冷却阶段，让热量迅速传递从而实现提高水对空心芯棒冷却强度以及均匀性。1泵；2阀；3压力表；4十隹图2芯棒内孔水冷装置示意图通过采用对空心芯棒Q4047RAMX120MMX13500RAM内孑L控制流量冷却，利用水温、流速对冷却能力影响，提高水对空心大芯棒冷却强度从而充分发挥30CR2MOV大直径芯棒材质性能。4检测和分析对淬回火冷却后的空心芯棒检测了硬度，空心芯棒头部、中间、尾部硬度波动3OHB。对空心芯棒本体取样作机械性能检测结果如表1、表2所示。从表1、表2中所示的检测数据可以看出，采用此工艺后本体取样的30CR2MOV钢空心芯棒的常温冲击功和机械性能达到了本体取样的4CR5MOV1SI钢芯棒的常温冲击功和机械生能。对淬、回火4CR5MOV1S钢空心芯棒与3OCR2MOV钢芯棒工件本体取样作截面硬度检测结果如图3、图4所示。30CR2MOV钢空心芯棒截面硬度从外表面到心部与4CR5MOV1SI钢芯棒硬度均匀性相同，未有明显硬度衰退现象。将30CR2MOV钢空心芯棒与4CR5MOV1SI钢芯棒工件本体取样作抗回火稳定性试验结果如表3所示数据。从表2中显示的数据可以看出30CR2MOV钢空心芯棒的抗回稳定性与4CR5MOV1SI钢芯棒相同。表14CR5MOV1SI芯棒中3581MM机械性能检测表表230CR2MOV芯棒4047MM机械性能检测表图34CR5MOV1SI钢芯棒工件本体取样作截面硬度检测结果表3抗回火稳定性对比表5结论1通过调整30CR2MOV钢GB标准成分范围以及提高水对空心芯棒冷却强度，使30CR2MOV钢大空心芯棒可以达到4CRSMOV1SI钢连轧机大芯棒制造的性能标第2期430CR2MOV钢芯棒工件本体取样作截面硬度检测结果准，30CR2MOV钢能成为制造连轧机大空心芯棒材质之一。2由于工厂条件限制，30CR2MOV制造连轧机芯棒的最佳成分范围以及相匹配最佳冷却强度控制参数有待今后工作的进一步完善。上接第L4页1分低社水进L缩L器烟道气F热翼蠢气I风机H烟通气M蒸氨塔参考文献EL田玉新，蔡海燕，支玉明，等影响H13钢冲击韧性的因素分析J宝钢技术，2009522262续维，王庆亮，吴晓春，等一种高硅高猛热作模具钢及其制备方法中国，CN102373376AP2O12一O3143KETHELNINGSTEELANDHSHEAT“IEATMENTM2THEDLONDON，BUTTERWORTHS，19844RWKHONEYEOMBE，ETA1STEELSMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESM2THEDLONDON，EDWARDAMOLD，19955项程云合金结构钢M北京冶金工业出版社，19