鉻系合金鑄鋼材料熱處理工藝研究

鄒純明 張華鋒

（大連華銳重工鑄鋼有限公司技術(shù)部 116000）

鉻系合金鑄鋼材料熱處理工藝研究

鄒純明 張華鋒

（大連華銳重工鑄鋼有限公司技術(shù)部 116000）

工業(yè)上廣泛應(yīng)用的鑄件矯直機(jī)是一種新興的機(jī)器。它具有將彎曲的鑄件拉直的功能。它是在輥式拉直機(jī)和拉伸拉直機(jī)的基礎(chǔ)上研究發(fā)明出來(lái)的。它的核心部件是立柱，在使用時(shí)，要求能夠承受足夠的載荷，具備很高的力學(xué)性能，即優(yōu)良的強(qiáng)度和塑性。立柱的原材料是鉻系合金鑄鋼材料ZG30CrMnMo。但是現(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展生產(chǎn)的鉻系合金鑄鋼材料在強(qiáng)度上達(dá)不到要求。因此，本文主要對(duì)鉻系合金鑄鋼材料熱處理工藝研究，通過(guò)合理的熱處理工藝設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，提高鉻系合金鑄鋼材料的強(qiáng)度，生產(chǎn)出合格的立柱，從而滿足實(shí)際的鑄件矯直機(jī)的正常工作需要。

鑄件矯直機(jī)；鉻系合金鑄鋼材料；工藝

1 鑄件矯直機(jī)的生產(chǎn)工藝

1.1 立柱的原材料

立柱的原材料選擇含碳量較低的鉻系合金鑄鋼，這種材料鑄造性能、塑性和焊接性能良好。ZG30CrMnMo的性能要求為σs≥387MPa，σb≥682MPa，S≥16%，ψ≥32%。

1.2 生產(chǎn)工藝

一天鑄件矯直機(jī)需要的立柱的個(gè)數(shù)為28個(gè)，生產(chǎn)是采用冶煉的方法，通過(guò)不同噸位（5t，10t）的高溫爐冶煉出鋼水，澆筑在模子里冷卻后形成鑄件。生產(chǎn)工藝為使用大功率的高溫率將鋼坯融化，初步練出粗鋼，然后轉(zhuǎn)爐進(jìn)行提純、精化、向爐內(nèi)通入氧氣降低碳含量，并加入石灰等含有Si元素的物質(zhì)進(jìn)行還原，加入微量的合金元素對(duì)鋼的成分進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步精煉鋼，最后出爐。

ZG30CrMnMo的化學(xué)成分如表1所示。

表1 ZG30CrMnMo的化學(xué)成分

1.3 生產(chǎn)結(jié)果分析

由表1的數(shù)據(jù)得出，ZG30CrMnMo的中所有的元素的化學(xué)成分均在標(biāo)準(zhǔn)成分范圍的中部。不同元素在鑄鋼中所起的作用不同，比如Cr，Mo元素可以使鋼的流動(dòng)性降低，在冶煉的過(guò)程中，需要較高的溫度，容易造成鑄件缺陷，從而降低鑄件的性能。為了提高ZG30CrMnMo的使用性能，需要改進(jìn)ZG30CrMnMo的生產(chǎn)工藝，并對(duì)它的熱處理工藝進(jìn)行相應(yīng)研究。從工藝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以得知，在鑄鋼的高溫狀態(tài)下吹入氧氣，降低碳元素對(duì)鋼進(jìn)行精煉提純，減少鋼中的夾雜物和成分偏析，在高溫下鋼出爐這些措施均能提高鑄件的質(zhì)量。本文主要采取控制鋼渣量和加入適當(dāng)?shù)暮辖鸪煞值姆椒ㄟM(jìn)行鋼的冶煉，提高鑄鋼的使用性能和質(zhì)量。

2 熱處理工藝

由于鑄鋼件比較脆，因此不采取浸入液體里淬火的方式進(jìn)行熱處理，以防止鑄鋼的形狀改變和出現(xiàn)裂紋。從工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，本文采取了正火+高溫回火的熱處理工藝。這種調(diào)質(zhì)的熱處理工藝能過(guò)有效的改善鑄鋼件的性能，提高鑄鋼件的質(zhì)量。進(jìn)行熱處理時(shí)，要注意測(cè)量鑄鋼件的臨界溫度，以為實(shí)際的生產(chǎn)做理論指導(dǎo)。同時(shí)參考其它鉻系合金鑄鋼材料的熱處理工藝，制作試驗(yàn)計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)后獲得適宜的熱處理工藝參數(shù)和流程。

2.1 熱處理實(shí)驗(yàn)設(shè)備

熱處理實(shí)驗(yàn)采取箱式電阻爐。箱式電阻爐的主要技術(shù)參數(shù)為：工作溫度：S型1200℃，最高工作溫度1350℃。K型1000℃，溫度升高速度≥900℃/h。

2.2 控溫方式

箱式電阻爐主要采取數(shù)字調(diào)節(jié)的全自動(dòng)溫度控制的方式。通過(guò)數(shù)字比例，積分，微分等方式控制溫度。采用計(jì)算機(jī)程序?qū)囟冗M(jìn)行調(diào)節(jié)。所應(yīng)用的程序?yàn)槿毡厩б肮旧a(chǎn)的KP1131R的程序。這種程序的功能為可以同時(shí)調(diào)節(jié)和控制加熱和冷卻的程序，根據(jù)數(shù)值范圍和參數(shù)進(jìn)行整定，可自動(dòng)選擇或者調(diào)用相應(yīng)功能?？蓤?zhí)行程序，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，連接和重復(fù)的作用。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備軟件

通過(guò)箱式電阻爐的軟件可以對(duì)熱處理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察分析，并可以及時(shí)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)的溫度曲線。

2.4 實(shí)驗(yàn)方案

初步擬定四種熱處理的實(shí)驗(yàn)方案：

方案1：加熱至（870～890）℃保溫3h正火后在空氣中冷卻+（680～700）℃保溫2.5h后回火在空氣中冷卻。

方案2：鑄件回火后在空氣中冷卻，其余步驟參照方案1。

方案3：加熱至（890～910）℃保溫3h正火后在空氣中冷卻至（710～730）℃保溫3h回火在空氣中冷去。

方案4：鑄件回火后在空氣中冷卻，其余步驟參照方案3。2.5熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果

熱處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) σs≥387MPa，σb≥682MPa，S≥16%，ψ≥32%。

表2 熱處理工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出ZG30CrMnMo的正火熱處理溫度范圍比較大，從680～730℃，熱處理組織可以得到6.2級(jí)大小的晶粒，當(dāng)回火溫度的溫度超過(guò)710℃時(shí)，強(qiáng)度下降比例較大，塑性沒有明顯變化。方案4的強(qiáng)度最低498MPa，但也能夠達(dá)到技術(shù)上的要求。

3 立柱的熱處理工藝研究

但是實(shí)際生產(chǎn)情況和試驗(yàn)情況還有一定的差距。比如，試驗(yàn)時(shí)采取的鑄件都是小件，而實(shí)際生產(chǎn)時(shí)會(huì)有大型鑄件。因此，需要在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)熱處理工藝進(jìn)行適當(dāng)改變。

3.1 加速正火后的冷卻速度

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，采用風(fēng)機(jī)對(duì)工件強(qiáng)力吹風(fēng)，以增大工件出爐后的冷卻速度。這樣做的目的是減小晶粒的大小，控制鐵素體的數(shù)量，從而增加鑄件的質(zhì)量。

3.2 計(jì)算機(jī)程序調(diào)整熱處理溫度

采用日本千野公司生產(chǎn)的KP1131R的程序?qū)︺t系合金鑄鋼材料的正火、回火溫度進(jìn)行調(diào)整和控制，在實(shí)際生產(chǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化熱處理工藝。此外，選擇合理的生產(chǎn)工藝和適當(dāng)?shù)牟僮饕彩潜ＷC鑄件力學(xué)性能的重要條件。

4 結(jié)論

鉻系合金鑄鋼材料以其優(yōu)良的力學(xué)性能和焊接性能被應(yīng)用在拉矯機(jī)的立柱中，本文討論了鉻系合金鑄鋼材料ZG30CrMnMo的生產(chǎn)工藝和熱處理工藝，大幅度的提高了材料的力學(xué)性能和鑄件質(zhì)量，不但提高立柱的使用性能，也推動(dòng)了熱處理工藝的發(fā)展，擴(kuò)大了鉻系合金鑄鋼的應(yīng)用范圍。

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TG161

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2016-4-15