油淬火-回火钢丝产品介绍

油淬火-回火钢丝产品介绍

东北特钢集团大连特殊钢丝有限公司徐效谦

摘要：本文简要介绍了油淬火-回火钢丝的特性，现行产品标准、产品发展方向；以及产品生产流程和工艺控制要点，为用户合理选用该类钢丝牌号，订购优质产品提供了有用信息。

关键词：油淬火-回火处理，预硬化处理，多次回火，在线探伤。

特殊钢丝中有一部分产品最终需要在淬火-回火状态下使用，传统的做法是金属制品厂提供冷拉或退火状态的钢丝，下游企业将钢丝制成相应零部件或元件，再进行淬火+回火处理，强韧性达到预定要求后交付使用。因为零部件或元件的尺寸、形状千变万化，带来最终热处理炉千差万别，势必造成生产成本增加，热处理性能波动加大。现在逐步演变成：将形状不复杂、加工成形方便的零部件或元件用钢丝的淬火+回火处理转移到金属制品厂进行，由此形成了一个新品种——淬火-回火钢丝。

1. 概况

油淬火-回火处理：指将拉拔到成品尺寸的钢丝，在连续炉中进行淬火和回火处理，展开的钢丝首先在连续炉中加热到完全奥氏体化温度，然后通过油槽淬火获得马氏体组织，再通过连续炉回火，获得预期的强韧性。油淬火-回火钢丝平直度好，力学性能的均匀性，制成零部件或元件后只需进行低温消除应力处理即直接可使用。

油淬火-回火热处理炉由张力放线装置、加热炉、油淬火槽、回火炉和收线机5个部分组成。常用于碳素弹簧钢丝、合金弹簧钢丝、弹性针布钢丝、合金结构钢丝和马氏体不锈钢丝等成品热处理，热处理后钢丝的显微组织通常为回火马氏体、回火托氏体或回火索氏体，具有很高的强度（硬度）、适宜的韧性和良好的挺直性能。

预硬化处理：是一种特殊的油淬火-回火处理，指钢丝拉拔到成品尺寸后进行油淬火处理，然后根据牌号及使用情况，再进行一次或多次高温回火处理，使钢丝的硬度或抗拉强度达到相应级别的要求。常用于冷作模具钢丝、热作模具钢丝和塑料模具钢丝等成品热处理。因为此类钢丝碳和合金元素含量较高，油淬火-回火时必须采用一些特殊的工艺措施：

①为保证碳和合金元素充分溶解，必须提高奥氏体化加热温度（有的高达1150℃），延长保温时间；

②淬火后钢丝中残留奥氏体含量大，为促使残奥分解确保钢丝达到预定硬度，必须选用多次回火的方法，回火保温时间比一般回火要延长数倍到数百倍。

③一般淬火-回火处理时，回火的目的是：促进马氏体转变成回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体或珠光体，回火后钢丝的韧性和塑性显著提高，但抗拉强度和硬度必然有不同幅度的下降。预硬化处理时，回火同样有促使组织转变的目的，但同时还具有沉淀硬化效应，钢中的Fe、Mn和合金元素（Cr、Mo、Ti、V、W、、Al等）的碳化物、氮化物或金属间化合物（γ＇和γ＇＇相）沉淀析出，钢丝可以做到在韧性和塑性显著提高的同时，抗拉强度和硬度无明显下降，甚至有所提高。

特殊的工艺要求决定了预硬化处理的设备与一般（弹簧钢丝）油淬火-回火设备有很大不同：弹簧钢丝通常选用连续炉进行油淬火-回火处理，淬火炉最高使用温度900℃，回火炉最高使用温度600℃，炉长相对较短。硬化处理的淬火和一次回火通常也选用连续炉，但炉子的最高使用温度和炉长均有大幅度的提高。目前世界先进水平的预硬化处理炉，淬火炉最高使用温度1150℃、有效加热区长度22m；回火炉最高使用温度700℃、有效加热区长度30m。此外，收放线系统可对钢丝施加一定的、可调整的预张力，以改善钢丝的抗蠕变和抗应力松弛性能。

一般说来，预硬化处理炉可以用于油淬火-回火处理，但油淬火-回火炉无法用于预硬化处理。更大的不同是：预硬化处理通常需进行的2次或2次以上的回火，回火保温时间以小时计算，无法在连

续炉中完成，需在周期式退火炉中进行，生产厂可配置不同规格的周期式气体保护退火炉，为该类钢丝的研制和开发奠定基础。

2. 油淬火-回火弹簧钢丝

油淬火-回火弹簧钢丝金相组织为均匀的回火马氏体或回火索氏体，各向同性，；在抗拉强度相同条件下，比冷拉钢丝具有更高的弹性极限，有良好的弹直性能，抗应力松弛性能和抗蠕变性能优于冷拉钢丝；如要保证松驰率≤6.0%，冷拉碳素钢丝的最高工作温度为120℃，油淬火-回火碳素钢丝的最高工作温度为150℃，油淬火-回火合金钢丝50CrV的最高工作温度为200℃，55CrSi和60Si2MnA的最高工作温度为250℃，65Si2MnW A的最高工作温度为350℃。使用油淬火-回火钢丝绕制的弹簧，经消除应力回火后直接使用，简化了弹簧厂的生产工艺流程、降低生产成本；与原绕制后再淬火-回火的弹簧相比，弹簧表面脱碳与力学性能均匀性有了根本性改善，疲劳寿命有了数十倍的提高。目前日本的合金弹簧钢丝标准，已完全用油淬火-回火状态取代了冷拉状态。我国近年来中大规格油淬火-回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。油淬火-回火钢丝的缺点是处理不当表面氧化、脱碳较重，影响疲劳寿命；钢丝的氢脆敏感性强，抗应力腐蚀性稍差。

我国现行标准GB/T18983-2003《油淬火回火弹簧钢丝》是参照ISO/FDIS8458-3起草的，自2003年实施之日起，代替YB/T5008（原GB2271）《阀门用油淬火-回火铬钒合金弹簧钢丝》、YB/T5102（原GB/T4359-85）《阀门油淬火-回火碳素弹簧钢丝》、YB/T5103（原GB/T4360-85）《油淬火-回火碳素弹簧钢丝》、YB/T5104（原GB/T4361-85）《油淬火-回火硅锰弹簧钢丝》、YB/T5105原（GB/T5362

-85）《阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝》。目前世界最先进的标准是欧洲标准化委员会2011年10月发布，2012年4月正式实施的新标准：EN 10270-2:2011(E)《机械用弹簧钢丝—第2部分：油淬火－回火弹簧钢》。油淬火-回火弹簧钢丝常用牌号及化学成分如表1。

表1 钢丝的化学成分（熔炼分析）, 质量分数%

1.1 GB/T18983-2003《油淬火回火弹簧钢丝》的主要技术要求

（1）钢丝的分类、代号及直径范围如表2，钢丝直径及允许偏差如表3。