高速鋼退火工藝研究

尹金枝 羅秀艷 李喜月 張偉

摘要：本實(shí)驗(yàn)是參照國(guó)內(nèi)某鋼廠熱處理中心而設(shè)計(jì)的大型綜合熱處理車間，其典型產(chǎn)品材料為W18Cr4V高合金工具鋼。該設(shè)計(jì)主要以W18Cr4V高合金工具鋼制作拉刀為例，介紹了其熱處理工藝流程和工藝參數(shù)，并說(shuō)明了熱處理過(guò)程中材料組織、結(jié)構(gòu)及性能的變化。對(duì)企業(yè)現(xiàn)行高速鋼退火工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，制定了高速鋼最佳退火工藝，并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)施。實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證新退火工藝是可行的，它解決了退火后鍛件硬度高于工藝規(guī)定的質(zhì)量問(wèn)題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了能源。

關(guān)鍵詞：W18Cr4V；工藝參數(shù)；表面強(qiáng)化；節(jié)約能源

引言

高速鋼它雖然年產(chǎn)量不高，但是由于成分復(fù)雜，合金含量很高，生產(chǎn)工藝與性能也比較特殊，而且價(jià)格昂貴，因此在特殊鋼中一直占有非常獨(dú)特的地位[1]。

高速鋼經(jīng)鍛軋后，鋼材需要退火。高速鋼的的Ac1在820-860℃范圍，故退火溫度為820-860℃，保溫2-3h，大部分合金碳化物未溶入奧氏體，此時(shí)奧氏體中合金元素含量不多，冷卻時(shí)易轉(zhuǎn)變成粒狀珠光體和剩余碳化物。一般冷卻速度不大于30℃/h，冷卻到600℃出爐空冷[2]。退火后W18Cr4V鋼中碳化物體積分?jǐn)?shù)約為30%，其中M6C為16%-19%，W18Cr4V3C6為9%，MC為1.5%-2%。

1 工藝路線設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為直徑小于11mm的W18Cr4V高速鋼盤條，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）為0.87C，0.32Si，0.26M，，5.83W，4.61Mo，3.99Cr，1.76V。對(duì)盤條進(jìn)行等溫退火處理，退火工藝制定如下：第一組試樣分別加熱至840、860、880、900、920℃保溫2h，然后爐冷至760℃等溫5h，再爐冷至室溫；第二組試樣于880℃分別保溫2、5、10h，然后爐冷至760℃等溫5h，再爐冷至室溫；第三組試樣于880℃保溫2h，然后爐冷至760℃分別等溫2、5、7h，再爐冷至室溫。

采用Axiovert2200型光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織，腐蝕劑為4%的硝酸酒精；使用CMT5105型拉伸試驗(yàn)機(jī)于室溫下按GB/T228-2002進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，拉伸試樣為比例試樣，標(biāo)距為55mm；使用HVI210A型維氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，每個(gè)試樣測(cè)3點(diǎn)取平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1加熱溫度對(duì)顯微組織和力學(xué)性能的影響

由圖1可見(jiàn)，W18Cr4V高速鋼盤條經(jīng)不同加熱溫度保溫2h爐冷至760℃等溫5h后的顯微組織基本相同，均為退火索氏體中彌散分布著一次碳化物顆粒。只是當(dāng)加熱溫度低于880℃時(shí)，一次碳化物顆粒尺寸較小，外觀近似呈球狀；當(dāng)加熱溫度達(dá)到920℃時(shí)，一次碳化物顆粒急劇長(zhǎng)大、粗化，部分碳化物尺寸甚至達(dá)到近20μm，形態(tài)由球狀轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的塊狀。

由圖2可見(jiàn)，840℃加熱時(shí)，W18Cr4V高速鋼的斷面收縮率較低，僅10%，而硬度和抗拉強(qiáng)度明顯高于其它溫度的；隨加熱溫度的升高（在880℃前），盤條的斷面收縮率逐漸增大，硬度和抗拉強(qiáng)度降低；當(dāng)加熱溫度超過(guò)880℃后，硬度和抗拉強(qiáng)度變化不大，但斷面收縮率則逐漸降低。

W18Cr4V高速鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度為840℃，結(jié)束溫度為890℃，根據(jù)退火溫度與奧氏體轉(zhuǎn)變溫度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[3]，理論退火加熱溫度應(yīng)控制在870～880℃。在840℃加熱，盤條沒(méi)有完全奧氏體化，退火不充分，內(nèi)部應(yīng)力未完全消除，使得盤條的抗拉強(qiáng)度和硬度較高而塑性較低，不利于拉拔。當(dāng)加熱溫度為920℃時(shí)，充分奧氏體化后雖然消除了內(nèi)應(yīng)力，但過(guò)高溫度導(dǎo)致一次碳化物長(zhǎng)大，大尺寸碳化物顆粒形成內(nèi)部缺陷在拉拔時(shí)易產(chǎn)生微裂紋造成斷裂，損害高速鋼的塑性。因此，退火加熱溫度宜選在880℃。

2.2 保溫時(shí)間對(duì)顯微組織和力學(xué)性能的影響

由圖3可見(jiàn)，保溫時(shí)間在2-5h范圍內(nèi)，盤條的斷面收縮率較高，塑性良好；延長(zhǎng)保溫時(shí)間，盤條的硬度和抗拉強(qiáng)度變化不大，而斷面收縮率明顯降低。除加熱溫度外，保溫時(shí)間是影響奧氏體轉(zhuǎn)變的另一個(gè)重要因素[4]。880℃加熱時(shí)，雖然不同保溫時(shí)間差別較大，但基體均已充分奧氏體化，應(yīng)力得到消除，已屬于完全退火，因而盤條的硬度和抗拉強(qiáng)度變化不大；然而，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致一次碳化物顆粒粗化，使盤條的塑性降低。所以適宜的保溫時(shí)間為2h。

3 總結(jié)

W18Cr4V高速鋼盤條退火時(shí)，加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，均會(huì)造成一次碳化物顆粒長(zhǎng)大粗化，使盤條的塑性降；而等溫轉(zhuǎn)變時(shí)間過(guò)短不利于珠光體轉(zhuǎn)變，同樣使盤條塑性不變?；谏鲜鰧?shí)驗(yàn)得出退火加熱溫度宜選在880℃，適宜的保溫時(shí)間為2h。

參考文獻(xiàn)

[1]魏世忠著.高釩高速鋼耐磨材料[M].科學(xué)出版社.2009.52-53.

[2]李躍軍.金屬加工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

[3]許天已編著.鋼鐵熱處理實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2008.304-313.

[4]吳承建編著.金屬材料學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.2012.120.