921A球扁鋼熱處理工藝研究

張鴻雁，易文思，袁霞光

（武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430060）

921A球扁鋼驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)由GJB 1662A-2005更新為GJB 1662A-2015，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)球扁鋼的性能提高了要求；同時(shí)進(jìn)貨的來(lái)源由原來(lái)的一家鋼廠變?yōu)閮杉忆搹S，工廠原有的中頻淬火工藝滿足不了新標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以通過(guò)小爐調(diào)質(zhì)對(duì)比試驗(yàn)找出大爐調(diào)質(zhì)的熱處的理論依據(jù)。

注：本文淬火方式都為水冷。

1 新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照及問(wèn)題的產(chǎn)生

（1）舊標(biāo)準(zhǔn)GJB 1662A-2005如下。（表1）

（2）新標(biāo)準(zhǔn)GJB 1662A-2015如下。

表2 縱向拉伸性能

表3 縱向沖擊性能

我們用原有的中頻淬火工藝對(duì)新鋼廠的球扁鋼進(jìn)行了淬火處理，圖1為球頭淬火后組織，組織均為馬氏體，實(shí)測(cè)硬度值在HRC34以上，圖2為球扁淬火后的組織，組織為少量馬氏體和貝氏體，大量的鐵素體明顯呈帶狀分布，是沒(méi)有完全淬透的組織，相應(yīng)的硬度值在30左右；該組織經(jīng)過(guò)回火后球扁的性能指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。多次試驗(yàn)結(jié)果相似，說(shuō)明工廠以前使用的中頻淬火工藝是不適用新鋼廠的球扁鋼。

圖1 球頭淬火后組織

圖2 球扁淬火后的組織

鋼各取樣一批做了一系列的對(duì)比調(diào)質(zhì)試驗(yàn)，試驗(yàn)如下：（原來(lái)供貨鋼廠球扁鋼以下稱A，后來(lái)供貨鋼廠球扁鋼以下稱為B）。

（3）原始熱軋狀態(tài)的化學(xué)成分、金相組織及力學(xué)性能對(duì)比化學(xué)成分見表4（%）。以上兩個(gè)批號(hào)球扁鋼的化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且各項(xiàng)數(shù)據(jù)相近，可作為比對(duì)試驗(yàn)用。

表1 力學(xué)性能

表4 原始熱軋狀態(tài)化學(xué)成分見表

原始熱軋狀態(tài)的金相組織見表5。

表5 原始熱軋狀態(tài)的金相組織

圖3 粒狀貝氏體

圖4 粒狀貝氏體

圖5 粒狀貝氏體+部分沿晶分布的疑似珠光體

圖6 粒狀貝氏體+部分沿晶分布的疑似珠光體

力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 原始狀態(tài)力學(xué)性能

從以上組織及金相照片可以看出，兩個(gè)鋼廠的化學(xué)成分接近的熱軋?jiān)紤B(tài)球扁鋼組織有很大的差異，相應(yīng)力學(xué)性能也差別很大，所以兩個(gè)鋼廠選用同一種中頻淬火工藝是不可行的，這也是工廠采用原來(lái)的工藝對(duì)B鋼廠熱軋球扁鋼中頻淬火調(diào)質(zhì)后不能合格的主要原因之一。

2 實(shí)驗(yàn)及分析

為尋找出適合A、B鋼廠的熱處理工藝，做了以下不同熱處理制度的比對(duì)和探索實(shí)驗(yàn)，表7為第一次調(diào)質(zhì)處理參數(shù)，表8為相應(yīng)部位的硬度值和組織。

表7 第一次實(shí)驗(yàn)的處理參數(shù)

表8 第一次實(shí)驗(yàn)后相應(yīng)部位的硬度值和組織

圖7 A1球頭

圖8 A1球扁

圖9 B1球頭

圖10 B1球扁

圖11 A2球頭

圖12 A2球扁

圖13 B2球頭

圖14 B2球扁

同時(shí)將以上熱處理試樣分別作了拉伸和沖擊試驗(yàn)，結(jié)果見表9。

表9 第一次試驗(yàn)后試驗(yàn)拉伸和沖擊試驗(yàn)

從以上試驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：

（1）890℃時(shí)兩個(gè)鋼廠球扁鋼的淬火組織雖然都是馬氏體，但A鋼廠的淬火組織明顯比B鋼廠的組織好，淬透性更好些。910℃兩個(gè)鋼廠球扁鋼淬火組織比較接近，硬度值也比較接近，這時(shí)候A、B兩個(gè)鋼廠的球扁鋼都已經(jīng)全部淬透。

（2）A、B兩組球扁鋼經(jīng)過(guò)不同溫度回火后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，第一組數(shù)據(jù)除屈服強(qiáng)度偏低接近標(biāo)準(zhǔn)值，其他試驗(yàn)結(jié)果都合格；第二組數(shù)據(jù)沖擊功全部合格，強(qiáng)度值比第一組更低，沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明此次試驗(yàn)890℃的淬火溫度偏低回火后強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，而680℃回火溫度偏高雖然讓A、B鋼廠球扁鋼的韌性得到了改善，沖擊值不僅合格而且有較大富裕，但強(qiáng)度明顯不足，所以后續(xù)的熱處理工藝要求在保證韌性合格的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升強(qiáng)度。于是我們重新制定了熱處理工藝。

為了提高強(qiáng)度，我們調(diào)整了熱處理工藝，淬火溫度從原來(lái)的890℃和910℃，直接取中間值900℃，保溫時(shí)間30分鐘不變；回火溫度從660℃，680℃直接降到640℃，保溫時(shí)間從120min降到80min，分別對(duì)A和B鋼廠的兩組試樣經(jīng)過(guò)以上熱處理后，進(jìn)行球頭的拉伸和沖擊試驗(yàn)，球扁的沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

表10 第二次實(shí)驗(yàn)的處理參數(shù)

以上熱處理工藝后的拉伸和沖擊試驗(yàn)結(jié)果如下：見表11。

表11 第二次拉伸和沖擊實(shí)驗(yàn)

結(jié)合以上數(shù)據(jù)，降低20℃進(jìn)行回火，強(qiáng)度得到了很大的提高，沖擊指標(biāo)也在合格的范圍內(nèi)（與660℃和680℃回火對(duì)比，沖擊值有一定程度的降低）屈服強(qiáng)度超過(guò) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，所以還需要對(duì)回火的工藝進(jìn)行調(diào)整。

第五組試樣選擇900℃，保溫一個(gè)小時(shí)，主要意圖是將B鋼廠球扁鋼奧氏體狀態(tài)更加均勻化，對(duì)后期的回火有好處；回火溫度調(diào)整到650℃，保溫時(shí)間從80min變?yōu)?0min，使強(qiáng)度得到改善，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

表12 第三次實(shí)驗(yàn)處理參數(shù)

以上熱處理工藝后的拉伸沖擊數(shù)據(jù)見表13。

表13 第三次拉伸和沖擊實(shí)驗(yàn)

結(jié)果表明組織已經(jīng)淬透，選擇的淬火溫度和保溫時(shí)間沒(méi)有問(wèn)題。

上表試驗(yàn)結(jié)果屈服強(qiáng)度提升很大卻超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求，其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，為適當(dāng)降低屈服強(qiáng)度，而且保證其他指標(biāo)要求，我們又調(diào)整了熱處理工藝，做了第八組試驗(yàn)，工藝如表14。

表14 第四次實(shí)驗(yàn)處理參數(shù)

表15 第四次拉伸和沖擊實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證工藝的合理性，又做了一組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)工藝及結(jié)果如下。

表16 第五次實(shí)驗(yàn)參數(shù)

表17 第五次拉伸和沖擊實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，驗(yàn)證了該工藝的合理性。

通過(guò)以上四組數(shù)據(jù)的分析，再同樣的熱處理制度下，A鋼廠和B鋼廠的結(jié)果不一樣，A鋼廠的強(qiáng)度一直比B鋼廠高，說(shuō)明A鋼廠熱軋球扁鋼的軋態(tài)組織優(yōu)于B鋼廠，所以前期熱軋狀態(tài)組織對(duì)后續(xù)的調(diào)質(zhì)工藝是有影響的。不能用同一熱處理工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)；即便是同一鋼廠的不同批號(hào)的球扁鋼也要根據(jù)不同的原始組織微調(diào)熱處理工藝。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）不同鋼廠生產(chǎn)出來(lái)的921A球扁鋼工藝不會(huì)完全相同，熱軋后的組織也有很大的區(qū)別：新鋼廠球扁鋼出廠時(shí)組織偏析較嚴(yán)重，中頻淬火中較短的淬火時(shí)間難以改善偏析現(xiàn)象。

（2）不同軋態(tài)的921A球扁鋼后續(xù)的調(diào)質(zhì)工藝也要相應(yīng)調(diào)整，才能滿足使用要求。

（3）經(jīng)過(guò)試驗(yàn)認(rèn)證，適合A、B鋼廠921A球扁鋼的調(diào)質(zhì)工藝為加熱900℃，保溫60min后淬火，670℃保溫120min回火。

（4）C、Mn含量不同，即碳含量較高的話，要適當(dāng)調(diào)整調(diào)質(zhì)工藝，保溫時(shí)間延長(zhǎng)，回火溫度調(diào)高。

（5）以上結(jié)論為921A球扁鋼非中頻淬火加回火的實(shí)驗(yàn)爐最佳調(diào)質(zhì)工藝，能很好地指導(dǎo)大爐批量熱處理。