20CrMoH保证淬透性钢的研制(精)

・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.o0.15～0.25,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。

20CrMoH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(C,J19-2000)
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≤2
级,偏析≤2级。

2.2高倍:按GB3077-88评定
2.2.1夹杂:脆性夹杂物≤3级,塑性夹杂物≤3级,两者之和≤515级。

2.2.2显微结构:晶粒度≥5级,带状≤3级,按GB T13299-91检验。

2.3淬透性:J42～46 1.5+J30～3411,试验方法按GB255-88进行。

2.4机械性能:(880℃水油淬)
Ρb(MPa)≥885:Ρs(MPa)≥685,∆5(%)≥12,Ω(%)≥50,Ak(J)≥78,HB≤197。

原材料检验→电弧炉冶炼→浇注800kg方绽→精整→5t蒸汽锤开坯145×145mm→空冷→精整→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。

3.2.1成分控制
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
四川冶金SichuanMetallurgy
・21・
3.2.1.1控制提高元素中限如表1。

3.2.1.2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(%)
0.170.240.200.24
0.40 .70≤0.035≤0.0350.170.370.60 .70≤0.025≤0.0250.250.35
≤0.0300.100.20
0.80 1.101.00 1.10
(%)
0.150.25适量添加0.0..040.04
3.2.2冶炼和浇注
求,,～1610℃,3。

钢锭加热温度为1200±10℃,开锻温度≥1100℃,终锻温度≥900℃,1火锻至145×145mm,锻坯空冷。

3.4轧制
表3
104-781104-782
C0.220.20
Mn0.550.62
P0.0190.013
S0.0150.008
Si0.300.34
Ni0.120.10
用300,锻坯加1050℃,,加热温度按上限控制,加1250℃～1260℃,确保终轧温度。

成品材采用快速冷却方式,使其在800～650℃区域快速冷却。

4检验结果
4.1化学成分
两炉实验钢的化学成分(%)
Cr1.001.01
Cu0.190.15
W0.050.01
Mo0.200.20
V0.050.01
Ti0.010.01
备注按表2
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
104-781104-782
4.3机械性能
表5
热处理工艺
炉号
ΡbΡs∆5ΩAk
22(kg mm)(kg mm)(%)(%)(J) 1140116011101080 980985920900
16151413 65117651066712865141
880℃35分104-781
水淬+500℃
60分水冷104-782
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
・22・
2001年第3期
4.4未端淬透性
表6
热处理制度925℃×50min+910℃×30min
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
.1.1取样方法与正交实验安排
采用<50mm20CrMoH轧材,采用L9
(34)正交表,取样测试标准二磨面1.2的数据(HRC)。

从极差数据可知,在此条件下的因素主次顺序为A、B、C、D。

再从J1.5(HRC)需满足42～46的要求,从表7可以确定A(正火温度)应为925℃,C(淬火温
度),890℃～,920±,m30min,最佳A1B2C2D3即热处理制度应为:
925℃正火×50
min+920±20℃淬火×20min
5.2端淬试验:试样炉号为104-781,782,经925℃正火×50min+920±20℃淬火×30min
热处理,结果如表9。

表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J1.5mm925℃+900℃47
104-781925℃+920℃46
925℃+940℃45925℃+900℃44
104-782925℃+920℃43
925℃+940℃43
炉号
正火温度
5.2.1淬透性曲线
A(℃)B(min)C(℃)D(min)1234925925925900900900950950950 605040605040605040
950890920890920950890950920
204030302040403020
J11
43423330444331304442333238372725384028293941303244 4233314748363547493637
图6
5.1.3极差分析,确定热处理制度
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 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
四川冶金SichuanMetallurgy
・23・
880℃×35min淬火,不同温度回火后×60min水冷,结果见表10。

表10
炉号
104-781104-782104-781104-782104-781104-782
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
ΡsΡb∆5ΩAk
2)(2)(%)(%)()(kg
Jmmkg mm 10301000985995985955930925925930870960940 119011701150115011501140108011001110115011201100 13131415131416161515151614131414
6059
9090
470℃×60水冷
611226211462 95611026512963134581091486061
9495
500℃×60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
,同时从化学成分(表3)也满足了控制成分,781,V残余,530℃×60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—机械性能曲线
5mm
协议要求～46J1.542～34J1.530
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≤2.0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—机械性能曲线
用钢炉号:104-781、热处理880℃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C,J19-2000协议中性能的要求,20CrMoH最佳的热处理工艺应为880℃淬火×35min+550℃×60min水冷,另外从表10可知当淬火回火温度确定
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
・26・
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轧制时加热曲线
过1200℃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。

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%
钢冶炼、加工均无难度,热处理工艺简单。

本
次试生产的两炉20CrMoH,由于从生产环节加以了严格控制,取得了良好的效果。

通过热处理制度与淬透性,机械性能的相关实验,找到了较佳的热处理制度。

为保证钢材一次检验合格打下了基础,为我厂扩大再生产提供了保障。

7结束语
从生产角度而言,20CrMoH保证淬透性
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 。