20CrMoH保证淬透性钢的研制(精)

1、? 20? 2001 年第 3 期 20CrMoH 保证淬透性钢的研制 长钢一厂李海生 【摘要】 本文简介了保证淬透性钢 20CrMoH,并就冶金生产过程的重点环节 进行了阐述和讨论，着重对不同热处理制度下的末端淬透性及机械性能进行了实验 摸索出了满足协议性能要求的较佳热处理制度，从而形成了一整套切实可行的生产 工艺,为我厂大批量生产打下了基础。 【关键词】 淬透性 热处理制度 1 前言 20CrMoH(: C0.Si170.37,1.o0.1A 0.25,Cu 0.25.1 冶金生产的工艺流程 合机械性能和良好的低温冲击韧性，其热加工性能良好，正火后切削加工性能一般 优于20CrMnMo。2

2、0CrMoH 保证淬透性钢热轧状态室温组织为铁素体 +珠光体，易 形成带状组织，经退火或正火后可以减少或消除。 该钢常用于制造强度要求较高的 零件,如齿轮、轴、连杆等，是机械制造业使用较广用量较大的钢种之一。 2 技术要求(CJ19-2000) 2.1 低倍:按 GB3077-88 第一、二级评级图评定。一般疏松 =2级,中心疏松W2 级，偏析W2级。 2.2 高倍:按 GB3077-88 评定 2.2.1 夹杂:脆性夹杂物 W3 级，塑性夹杂物 W3 级，两者之和 885: P s(MPa) 685,?5(%) 12,?(%) 50,Ak(J) 78,HB 197 原材料检验-电弧炉冶炼一浇

3、注 800kg 方绽一精整一 5t 蒸汽锤开坯 145X 145m 叶 空冷f精整f轧制成50mm 成品精整矫直检验入库。 3.2 冶炼 化学成分是影响淬透性的主要因素，要达到协议中要求的距淬火未端 1.5mm,11mm 处的HRC 值，就必须首先要控制一些元素的含量。我厂原生产的 20CrMoH 由于对 淬透性有影响的元素偏低，故存在着淬透性达不到要求的问题。据资料介绍我们可 以知道钢中常存元素碳、锰、硅、铬、镍、铜对淬透性的影响。首先随着钢中碳 含量的增加(一定程度)临界淬火冷却速度显著的降低，钢的淬透性提高。其次锰对 淬透性的影响很强烈，在钢中，它能促进碳化物在加热时向奥氏体内溶解，这样

4、在粹 火加热时，奥氏体中碳的浓度增加使淬透性提高。另外像硅、铬、镍、铜都是增加 淬透性的元素，应力求含量增加为好。但是应该考虑的是如果要求过于严格，必然 会使冶炼过程元素存在高出规格的可能，另外也增加了不必要的成本。同时我们对 照抚顺钢厂 20CrMoH 样品化学分析结果，发现其钢中含有少量提高钢淬透性元素 W.V,因此我 们在要求 P.S 含量均低的前提下，提出了两个控制元素方案，每个方案各试炼一炉。 321成分控制 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. h

5、ttp:/www.c nki. net 四川冶金 Sichua nM etallurgy ? 21? 控制提高元素中限如表 1。 控制提高元素中限并添加 表 1 ()() W.V 各 0.04%如表 2。 (%) 表 2 标准成分(%)控制成分(%) 0.17 0.240.20 0.24 0.40 0.370.60 0.35 I 可! Hl ILnAD CK t T Mi/ ifi JOO X 度,00 M 图 3 !? 4 控制 按表 1 控制 4.2 低倍、高倍检验 表 4 两炉实验钢的高低倍检验结果 一般疏松中心疏松偏析带状 晶粒度 104-781104-7

6、82 4.3 机械性能 表 5 热处理工艺 炉号 P bP s?5?Ak 22(kg mm)(kg mm)(%)(%)(J) 1140116011101080 980985920900 16151413 65117651066712865141 880 C 35 分 104-781 水淬+500 C 60 分水冷 104-782 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. http:/www.c nki. net ? 22? 2001 年第 3 期 4.4 未端淬透

7、性 表 6 热处理制度 925C X50min+910C X30min 炉号 104-781104-782 J1. 5 表 8 HRC J113130 4344 ()22 ()9 ()5 () 5 实验部分 5.1 热处理制度与淬透性的正交实验 5 30mm 一 .1.1 取样方法与正交实验安排 采用50 10 0 56 910H 15 20 25 30 35 40 45 50 距未编的距离（nun） min+920 0C淬火 20min (同心取样) 5.2 端淬试验:试样炉号为 104-781,782 经 925C正火50min+920 0C淬火 XBOmi n 热处理，结果如表 9。 表

8、 9 (HRC) J6mmJ9mm11mm15mmJ30mmJ50mm423839353837 343533313332 303231283030 283028272626 242525212223 222220161918 图 5 试样制取图 5.1.2 试验方案及结果分析 选取温度及时间共四个因素，各因素选 3 个水平，列出实验方案及结果如表 7 表 7 因子列号 123456789 试验方案及结果 保温时间 淬火温度 保温时间 实验结果(HRC) J1. 5 热处理制度 J1.5mm925C +900 C 47 104-781925C +920 C 46 925C +940C 45925

9、C +900C 44 104-782925C +920 C 43 925 C +940 C 43 炉号 正火温度 521 淬透性曲线 A C)B(mi n)C C)D(mi n)1234925925925900900900950950950 605040605040605040 950890920890920950890950920 204030302040403020 J11 43 4233 3044 4331 30444233323837272538 4028 2939 4130 3244 4233 3147 4836 3547 4936 37 图 6 5.1.3 极差分析，确定热处理制度

10、 以 J1.5(HRC)实测数据为例作极差分析表： 从图中可知 20CrMoH 淬透性曲线较为 平坦，表明该钢具有很好的淬透性。 5.3 回火温度与机械性能实验 试样采用 104-781,782 两炉号，均经 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. http:/www.c nki. net 四川冶金 Sichua nM etallurgy ? 23? 880C X35min 淬火，不同温度回火后 00min 水冷,结果见表 10。 表 10 炉号 104-781

11、104-782104-781104-782104-781104-782 后，水冷和油冷二种方式作出的力学性能相差不大，也就是说冷却方式对性能的变 化的影响不是主要因素。6 分析和讨论 6.1 冶炼 P s P b?5?Ak 2)(2) (%)(%)()(kg 450 475 500 525 550 回火温度，弋 Jmmkg mm 10301000985995985955930925925930870960940 119011701150115011501140108011001110115011201100 13131415131416161515151614131414 6059 9090

12、470 E 00 水冷 611226211462 95611026512963134581091486061 9495 500 E 00 水冷 从表 9 可以看出试生产的 20CrMoH 钢 锭质量良好,锭型偏析、中心疏松均符合要求120 00908070 1 UJEmo.b 5 0 5 * 6 6 5 ，同时从化学成分（表 3）也满足了控制成分，781,V 残余,5300 00 水冷 500、Mn、Cr、Ni 及 W、 从表 6 的,。 淬透性 HRC 报告看 J1.5mm 和 J11 处均满足了要求，与未控制化学成分的 20CrMoH 相比淬透性 HRC 数据是明显改善，见表 11。 表

13、11 未控制元素成分的 20CrMoH 淬透性数 据 炉号 10F-314L10F-312L10F-400L J1. J11mm202119152226 油冷 6312162119 5.3.1 回火一机械性能曲线 5mm 协议要求46J1.54234J1.530 413539393844 6.2 热加工 从热加工工艺的实施效果看，由于较好 地控制了加热温度及终止温度，使钢材的带状组织得到了显著的改善。20CrMoH 属亚共析钢，该钢的带状组织是钢锭在浇注凝固过程中形成的枝晶偏析在热加工时 延伸所造成的铁素体和珠光体带，与加热温度与终止温度有很大关系，经过控制，使 两炉 20CrMoH的带状均2

14、.（级（见图 1,图 2）,就保证了钢材在使用时保持了应有的 韧性和塑性。同时由于轧制时严格控制了终轧温度 ，就使该钢晶粒度达到了 8 级 （见图 3、 图 4） ,用这种钢材进行淬火，可使淬透层厚薄均匀，既有利于保证零件有坚 硬耐磨的表面，又可使其形 （下转第 26 页） 图 7 回火一机械性能曲线 用钢炉号:104-781、热处理 8800淬火+回火空冷 通过回火温度与机械性能的实验，可以清楚地看到机械性能随回火温度的不同而变 化的趋势（见图 7）。为了满足 CJ19-2000 协议中性能的要求，20CrMoH 最佳的热处 理工艺应为 880C淬火 X35min+550C60min 水冷另

15、外从表 10 可知当淬火回火温 度确定 ? 1994-2007 Chi na Academic Journal Electro nic Publish ng House. All rights reserved. http:/www.c nki. net 2001 年第 3 期 制,将会大大降低？铁素体含量超标情况的发生。 我们通过以上对该钢？铁素体的形成因素的分析，基本上找到了控制该钢？铁素体 的途径，同时也提出了解决办法。我们将主要 图 4 车 L 制时加热曲线 过 1200 C 造成该钢组织内部产生大量？铁 素体。 21212 加强对加热炉的热工仪表维护、维修，做到表上温度与炉温相一致。

16、 由于加热炉的热工仪表是直接反映加热温度的变化的仪表 ，程度,、。键所在因此 必须保证加热炉上热工仪表的准确性。 21213 加强操作员工的理论知识的培训，提高操作员工的自身素质，自觉地严格地 执行工艺上规定的加热温度，合理地安排装炉顺序，坚决避免高温炉料和低温炉料 的同时装炉的发生；避免低温炉料在高温段停留时间过长的发生。通过以上对加热 温度的控 通过对化学成份控制和对加热温度的控制，来控制该钢？铁素体，来保证成材率。3 结论 总之?铁素体，:i 当量，将?铁素体形成元素 Cr、Mo、Si、Nb 按中下限控制，来降低 Cr 当量,来控制 ?铁素体的产生;将奥氏体形成元素 C、Mn、Ni 向中上限控制，来增加钢中的奥氏 体量来抑制？铁素体的形成。 21 通过对该钢加热过程中的加热温度的严格控制，来控制？铁素体在加热时的形 成。 参考文献 1不锈钢1 原子能出版社 (上接第 23 页) 成有良好韧性的心部。 6.3 相关经济指标 表 12 经济指标 炉号锭重()坯重()材重()坯材锭材104278117 .6014.6813.3591%76% 104-78216.90 15.43 14.66 95% 87% 钢