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云南钢板批发:特种钢板热处理工艺简介

来源:昆明镀锌板 | 作者: 昆明镀锌板 | 发布时间:2019-02-20 10:49:10 点击量:

22SiMn2TiB钢(又称616)是一种 马氏体耐热高强度特种钢,具有极高的高温综合力学性能,用于制造高温结构件及 防护装置,在电力、船舰、兵器工业领域应用较多。我公司某产品使用22SiMn2TiB特种 钢板,设计要求高硬度(420HBW)及很高综合性能:屈服强度为1200N/mm22,伸长率为7%,冲击韧度为20J。由于钢板尺寸大(长3~4.2m,宽1.5m),难以保证钢板的性能及性能的均匀性,同时还难以保证 钢板热处理后的平面度,防止淬火变形。针对上述问题我们进行了22SiMn2TiB特种钢板热处理工艺研究,为解决大尺寸钢板淬火技术难题提供了借鉴。

1.工艺参数的制订

(1)22SiMn2TiB的化学成分(质量分数,%):C:0.19~0.25,Si:0.70~1.00,Mn:1.50~1.85,P≤0.025,S≤0.020,B:0.0005~0.0035,Ti:0.01~0.06。

(2)查看22SiMn2TiB的过冷奥氏体曲线知钢若淬成马氏体必须达到一定的冷却速度。钢的相变点如表1所示。

表1 相变点(单位:℃)

Ac1Ac3Ar1Ar3730 874 625 728

(3)钢的晶粒度钢中由于有硼的加入,易使钢产生晶粒粗大现象。对比分析如下,通过不同含硼量的22SiMn2TiB试样快速加热(到温装炉)的方式进行了不同温度、不同保温时间的奥氏体化处理(水冷),按GB6394-1986标准评定实际奥氏体晶粒度级别,检验结果如图1、图2表明,此钢种为本质细晶粒钢,奥氏体晶粒均在>1000℃以后才明显长大。在试验规定时间、成分范围内,晶粒大小与保温时间无关。

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z 图1 奥氏体晶粒度与温度关系曲线

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图2 奥氏体晶粒度与时间关系曲线

但在慢速加热时,出现晶粒粗大,并伴有混晶现象,晶粒度达7~7.5级(见表2)。因此在编制热处理工艺时,应严格控制热处理时的升温速度,尽量快速升温,避免粗晶和混晶出现,以确保钢的淬透性、淬硬性及良好的综合性能。

表2 不同加热方式的奥氏体晶粒度

B(T)(%) 奥氏体晶粒度(级) 快速加热 缓慢加热(1℃/mm) 双相区加保温台阶 0.0005 9.5 7.0 8.5 0.0020 9.0 7.5 8.0 0.003 9.5 7.5 8.0

钢研中对钢的淬透性做了对比试验(见图3),经过试验可知,当钢的成分合格时,各炉钢的淬透性基本相同,其半马氏体层(以HBW=340计)为24~39mm,全马氏体层(以HBW=420计)≥22mm。但由图3也可知,化学成分不合时,对淬透性影响极大,因此应严格控制钢的化学成分。

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图3 22SiMn2TiB钢板的淬透性曲线

注:ID5244化学成分超下限。(C:0.18%,B:0.0005%)它的淬透性则很差,全马氏体层在5~6mm之间,只有当成品板≤12mm时,淬透性才能满足要求。

(4)22SiMn2TiB钢板的淬回火性能

如图4所示,钢的第一类回火脆性发生在270~400℃之间,第二类回火脆性发生在500~600℃之间。即工件在回火时应避开回火脆性区,保证工件的良好的综合力学性能。

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图4 各性能随回火温度变化曲线(920℃淬火)

(5)制订工艺方案

钢板应快速加热,避免因加热速度慢而影响钢板的晶粒度而导致钢板的综合性能降低。即采用到温装炉,快速升到淬火温度。加热温度不能超过1000℃,确定淬火加热温度为920℃。综合考虑钢的性能、回火脆性区等,将回火温度定为180℃。

考虑到合金元素含量及碳含量,据碳当量的计算公式计算出22SiMn2TiB钢板的碳当量如下:

即[C]<0.75%,且22SiMn2TiB钢板的正偏析区的含碳量<0.31%,工件可以采用水淬火方式进行冷却。因此,为最大程度的保障钢板淬透性以及满足较高的综合机械性能要求,决定采用水淬火,将水温控制在15~30℃之间。

根据钢材的淬透性,选用22SiMn2TiB钢板板厚规格分别为10mm、15mm、20mm三种,化学成分合格时,采用水冷这种快速冷却后,钢板应能保证淬火后转变为全马氏体,硬度达420HBW以上。

工艺制订为:淬火温度是920℃,回火温度是180℃,冷却介质为水,淬火加热保温时间根据钢板厚度按3min/mm确定,回火后的硬度检测用布氏硬度压痕直径dB10=2.8~3.0mm,相当于420~480HBW。

2.工艺方案的实施

(1)淬火辊底炉生产线保证性能及均匀性

我们引进了北京机电研究所设计的22SiMn2TiB钢板淬火辊底炉生产线,由淬火加热炉、淬火压床、高压水仓设施等三部分组成。其中淬火加热炉使钢板在炉内可以自动往复加热,减少在加热过程中变形,同时采用先进的控温系统,保证炉温的均匀性。不断使钢板均匀加热。淬火压床,上、下两个压头能同时压紧钢板防变形,同时在上、下压头上设置喷水孔,采用上、下面同时淬火水冷却的方式进行淬火,保证了淬火时钢板冷却的均匀性同时又可减少因两侧冷却不均匀产生较大变形的现象。高压水仓设施,我们将储水箱设置在离地面高20m的高空,水以很大压力高速喷出,保证了冷却的快速进行。

(2)自制回火夹具防变形

钢板回火采用自制回火槽钢架,并在钢板上放置2t重方铁静压,以减小回火时产生的变形。

(3)三辊矫直机保证校正平面度

由于22SiMn2TiB钢板淬火后硬度极高,为此我们引进中国一重设计制造的三辊矫直机,可以实现钢板淬火后校正平面度达到公差范围。

(4)生产路线安排

钢板入库后,按设备的生产能力将钢板裁成可加热的尺寸进行加热淬火,后进行粗校正,再下成单件,后再进行校正。最后所有钢板均满足设计要求组装在产品上。路线:下料→淬火→回火→校正→单件下料→校正。

3.工艺试验

(1)下料

根据板厚的三种规格、炉号各投一张钢板进行工艺试验,尺寸为1500mm×4200mm。

(2)热处理

淬火、回火工艺按上述参数执行。

(3)检验

热处理后,在钢板上进行硬度检测,检测部位如图5所示,经过检测布氏硬度压痕直径为:2.8mm、2.9mm、2.85mm、3.0mm符合要求。

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图5 22SiMn2TiB钢板硬度检测位置

4.结语

经过儿百炉次的生产,钢板热处理后经过硬度检测,平面上各处硬度均在公差范围dB10=2.8~3.0之间,各项性能全部符合要求。

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