SWRCH22A低碳冷镦钢缓慢冷却退火工艺研究

SWRCH22A低碳冷镦钢缓慢冷却退火工艺
研究
摘要介绍SWRCH22A低碳冷镦钢缓慢冷却退火工艺。

采用正交试验研究保温温度、保温时间、冷却速度对缓慢冷却退火工艺的影响程度，由此获得SWRCH22A 低碳冷镦钢退火的最佳工艺。

试验结果可知：最佳缓慢冷却退火工艺为保温温度700 ℃，保温时间5 h，冷却速度20 ℃/h；在退火过程中，保温温度和冷却速度为退火工艺的主要影响因素，生产过程中要严格按工艺控制保温温度和冷却速度。

同时引入正交试验设计方法，有效地减少试验次数，快捷有效的得到试验结果。

关键词：SWRCH22A；低碳冷镦钢；缓慢冷却；热处理；
标准件是机械、结构建筑等领域中必然会涉及到的重要部件之一，而SWRCH22A低碳冷镦钢则是标准件中的其中一种。

而在生产SWRCH22A低碳冷镦钢的标准件厂，工作人员经常用到的球化退火热处理主要有：亚温退火热处理、等温球化退火热处理、周期球化退火热处理和一般球化退火热处理（缓冷法）。

选择合适的保温温度、保温时间、冷却速度等参数，可以得到优良的球化组织。

目前，在实际生产中，球化退火热处理常常需要几十小时的加热、保温和缓冷，才能使钢中的片状碳化物变为球状碳化物，而且往往得不到令人满意的球化效果。

因此，针对SWRCH22A低碳冷镦钢采用正交法设计试验，通过对正交试验数据的分析，得出较好的退火工艺，使经球化退火后材料具备优良的组织和力学性能，解决生产中报废率高及质量不稳定等问题。

1、试验原料及方法
1.1设计标准及试验原料
SWRCH22A低碳冷镦钢标准设计及成分要求见表1；SWRCH22A试验用钢的化学成分见表2。

表1 SWRCH22A的标准要求及成分设计
Table1 The chemical composition of steel w/%
项
目
C Si Mn P S
标准
0.1
8～0.23
≤0
.10
0.7
0～1.00
≤0.
030
≤0.
035
表2 SWRCH22A试验用钢的化学成分Table1 The chemical composition of steel w/%
C Si Mn P S
0.2 1
0.0
7
0.8
6
0.0
08
0.0
02
综上对比可以发现，SWRCH22A试验用钢的化学成分满足SWRCH22A型号钢材中各种化学成分的标准要求。

1.2试验设备
在对SWRCH22A低碳冷镦钢的实验用钢进行正交法设计实验时，实验过程中所涉及的实验设备包括SX2-12-11Q气氛保护热处理炉，XTL-3400金相显微镜，401MVA维氏硬度计等。

2、试验
2.1缓冷工艺
缓慢冷却退火工艺路线如图1所示，试样放在退火炉中进行加热，当温度升
到保温温度时开始计时保温，保温结束后，按设定的冷却速度冷却至<500℃出炉。

球化退火完成后将试样制成金相样品，并用硝酸酒精腐蚀，最后进行显微组织观
察和力学性能测试。

图1缓慢冷却球化退火工艺路线
2.2试验结果
利用正交法安排试验，缓慢冷却退火热处理的因素与水平见表3，依据试验
内容，设计了正交表L
9
（34），如表4所示，共9组试验。

表3正交试验水平因素
水平
试验因素
A奥氏体化温
度
/℃
B奥氏体化保
温时间/h
C冷却速
率
/（℃•h-
1
）
D
16804200 27005300
表4 正交表L 9（34
）
在缓冷球化退火工艺中，为了探讨球化退火的最佳工艺条件，以达到满意的
球化效果，本次正交法设计试验中将硬度作为评价试验结果的量化指标。

通过对
此类数据的分析对比，以研究不同的因素与水平对SWRCH22A冷镦钢硬度的影响。

试验结果如表5所示。

表5试验结果分析
2.3 结果分析
从表5中我们知道，因素A 、B 、C 的极差由大到小排列依次为A 、C 、B ，即各因素对试验结果的影响大小次序为A>C>B ，冷却速度和保温温度这2个因素对试验结果的影响较大，而保温时间和保温时间对试验结果的作用很小。

因此，在实际生产中，要达到比较满意的球化效果，必须选择合适的保温温度和冷却速率。

由于试验指标为硬度，硬度越小，效果就越好，结合表4中的k i ，k A2小于k A1和k A3，所以可判定A 2为A 因素的优水平，同理，可以确定B 2、C 1分别为B 、C 因素的优水平。

因而得出本试验的最佳水平组合为A 2B 2C 1。

因此，采用缓慢冷却退火工艺对SWRCH22A 低碳冷镦钢进行热处理时，最佳的热处理条件为：保温温度为700℃，保温时间为5h ，冷却速率为20℃/h。

图2不同影响因素与硬度的关系
为了更直观地表征样品的硬度与因素水平的变化而变化的趋势，分别以各因
素的各水平作为横坐标，以相应的硬度为纵坐标画图，见图2。

在整个热处理中，保温温度及冷却速率对SWRCH22A钢退火态的硬度影响很大，因此，在实际生产中，要达到比较满意的球化效果，必须选择合适的保温温度和冷却速率。

2.4金相检验
图3为Φ3.0 mm SWRCH22A退火前后的金相组织。

从图3中可以看出，退火
后可以看到线材组织的分布及碳化物的形态都发生了很大变化，组织基体为铁素体。

许多铁素体基体上弥散分布着粒状碳化物，且均匀弥散。

a）球化退火前b）球化退火后图3Φ3.0 mmSWRCH22A退火前后金相组织
2.5硬度检测
取经冷拉拔后Φ3.0 mmSWRCH22A试样，按上述A
2B
2
C
1
工艺进行热处理，进行
洛氏硬度试验，经检测其维氏硬度为115 HV，可知正交试验得到的退火工艺为低碳合金钢SWRCH22A线材的最佳球化退火工艺。

3、结论
（1）正交试验得出低碳合金钢SWRCH22A线材的最佳退火工艺：保温温度700 ℃，保温时间5 h，冷却速度20 ℃/h。

（2）在退火过程中，保温温度和冷却速度为主要影响因素，要进一步提高线材的综合性能，必须严格控制保温温度和冷却速度。

（3）在退火工艺的确定过程中，引入正交试验设计方法可有效地减少试验次数，将复杂的问题简单化，对生产和实践具有一定的指导作用。

参考文献
[1]郭亮.SWRCH22A标准件用钢试制[J].包钢科技,2000(02):35-37+49.
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