36NiCrMo16鍛后硬度控制工藝研究

鄧雙豐

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

近兩年來，國內(nèi)某鍛件供應(yīng)商承接的36NiCrMo16材料鍛件，鋼錠開坯鍛造為棒類等鍛件進行爐冷后，硬度較高且不均勻，有些硬度高于400HBW，有些硬度低于300HBW，經(jīng)過鍛后熱處理(等溫退火或正火加回火)后硬度仍然沒有降下來，給后續(xù)粗加工帶來困難，無形增加了加工成本，并延長了交貨周期。為了解決該材料鍛后硬度問題，特進行工藝試驗研究，為后續(xù)生產(chǎn)實踐提供參考。

1 試驗過程

1.1 原材料選擇

選用的棒材鍛件的原材料化學(xué)成分見表1，檢測值滿足要求。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements (mass fraction,%)

1.2 制造流程

工藝試驗用料按照鍛造工藝鍛造8件鍛件，分別標(biāo)識為1#～8#，8件鍛件制造工藝流程為原料出坯→鍛造→鍛后冷卻→鍛后熱處理→檢測硬度值，鍛后按照表2進行鍛后冷卻和鍛后熱處理。

表2 鍛后熱處理工藝Table 2 Post-forging heat treatment process

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

2.1.1 鍛后硬度

按照方案一進行的1#～3#三件鍛件，爐冷后表面光白，用便攜式里氏硬度計進行硬度檢測，硬度比較高，且不均勻，硬度單個值在350～506HBW，平均值在364～503HBW。造成加工困難，與前期生產(chǎn)出現(xiàn)的情況類似，硬度太高使得端面無法鋸掉。

按照方案二進行的4#～6#三件鍛件，表面光白后用便攜式里氏硬度計檢測，硬度值在290～321HBW，硬度適合加工，且硬度均勻性也好。

按照方案三進行的7#～8#兩件鍛件，回火后進行表面光白，用便攜式里氏硬度計進行硬度檢測，硬度情況與鍛后爐冷后硬度情況基本一致，硬度高，均勻性差，7#的硬度單個值在291～639HBW，平均值在296～633HBW，8#的硬度單個值在347～641HBW，平均值在349～636HBW，造成加工困難。

2.1.2 鍛后熱處理硬度

根據(jù)鍛后硬度情況，將難于加工的1#～3#、7#、8#鍛件進行鍛后熱處理正火加回火，鍛后熱處理后進行表面光白，用便攜式里氏硬度計檢測，硬度值在257～307HBW；在兩端取樣后用臺式布氏硬度檢測驗證，硬度值為274～300HBW，達到了試驗要求和目的。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 鍛后冷卻方式對硬度的影響

不同的鍛后冷卻方式的硬度檢測結(jié)果表明：

(1)鍛后直接進爐，爐冷后表面光白，進行硬度檢測，硬度比較高，用便攜式里氏硬度計檢測硬度值個別位置偏差大，切取試料用臺式硬度計檢測，布氏硬度值基本在400HBW以上，由此可見，鍛件爐冷后硬度值高，爐冷后不便于直接粗加工。

(2)鍛后直接進爐進行正火加回火熱處理，光白后用便攜式里氏硬度計檢測為290～321HBW，硬度值比爐冷后低，硬度均勻性好，便于直接粗加工。

(3)鍛后油冷3 min后進行回火熱處理，光白后進行硬度值檢測，鍛件表面硬度還是比較高，不便于直接粗加工。

(4)鍛后直接進爐回火，光白后進行硬度值檢測，鍛件表面硬度還是比較高，不便于直接粗加工。

2.2.2 鍛后冷卻方式對顯微組織的影響

通過金相組織觀察發(fā)現(xiàn)，不同狀態(tài)下的組織差別很大，抽取爐冷后3#鍛件的組織，出現(xiàn)保持馬氏體位相的馬氏體組織，見圖1(a)；鍛后爐冷后進行正火加回火后的4#鍛件是均勻的回火索氏體組織，見圖1(b)；爐冷后進行正火加回火后的3#鍛件組織是回火索氏體組織，見圖1(c)；鍛后油冷后回火的7#鍛件組織是均勻的針狀貝氏體組織，見圖1(d)。

(a)3#:爐冷(b)4#:爐冷+正火+回火(c)3#:爐冷+正火+回火(d)7#:鍛后油冷+回火

根據(jù)EN 10083-3:2006要求和材料分析，36NiCrMo16材料屬于鉻、鎳、鉬材料鋼，鋼中的鉻、鎳含量較高，具有很高的淬透性，大截面鍛件在空氣中可以得到的組織主要是馬氏體組織，該類鋼屬于馬氏體鋼。該鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線顯示，該鋼在奧氏體化后沒有珠光體轉(zhuǎn)變，只有馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變，因此當(dāng)鋼奧氏體化后冷卻速度慢時較難得到軟化的珠光體組織，軟化效果不好，不利于粗加工。

3 生產(chǎn)驗證

根據(jù)工藝試驗結(jié)果，結(jié)合車間的生產(chǎn)情況，對車間在制的該材料鍛件按照工藝試驗鍛后正火加回火進行熱處理，相應(yīng)鍛件熱處理后硬度情況如下：

20039-1鍛件38件：鍛件熱處理后抽檢硬度值在300HBW以下，現(xiàn)場了解機械加工情況，鍛件加工不存在困難。

9558、9548爐號坯料：9558和9548爐號坯料鍛后爐冷后進行正火加回火熱處理，硬度抽檢硬度值在300HBW以下，鋸料和加工不存在難度。

20080-3/34鍛件22件：鍛件鍛后爐冷后進行正火加回火熱處理后抽檢硬度值在300HBW以下。

經(jīng)過上述批量鍛件的生產(chǎn)驗證，結(jié)合車間鍛件的生產(chǎn)和設(shè)備情況，該材料鍛件鍛后爐冷后進行正火加回火鍛后熱處理工藝可行，可以用于后續(xù)該材料的生產(chǎn)和硬度控制。鍛后直接進爐進行正火加回火熱處理在生產(chǎn)任務(wù)不重，鍛件數(shù)量少的時候可以考慮，該方案由于目前沒有合適的鍛件進行，因此沒有進一步驗證方案的可行性，暫不執(zhí)行。

4 結(jié)論

對工藝試驗結(jié)果進行比較分析及生產(chǎn)驗證，得到以下結(jié)論：

(1)鍛后爐冷后硬度不均勻，硬度高，不便于加工，需要進行正火加回火后降低硬度值便于切削加工；

(2)鍛后爐冷后直接進行高溫回火熱處理，硬度沒有改善，不適合作為該材料鍛后熱處理；

(3)鍛后直接進行油冷，由于鍛后溫度不便控制，鍛造車間油槽太小，鍛件入油后無法擺動，不利于鍛件的冷卻，油冷后鍛件很難取出，不利于車間操作，不建議采用；

(4)鍛后直接進行正火加回火能降低硬度值便于加工，但未進行生產(chǎn)驗證，由于需要長時間占用鍛造電爐，不便于車間鍛造的生產(chǎn)，暫不建議用該方案。

綜合以上幾種試驗結(jié)果，根據(jù)目前某公司的生產(chǎn)情況和設(shè)備情況，建議采用鍛后爐冷后再進行正火加回火，為了保證正火冷卻速度和冷卻的均勻性，正火空冷時將鍛件散放在地上的工裝上空冷或?qū)⒀b鍛件的工裝調(diào)到地上空冷。