2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓熱處理工藝研究

張 海 武彥榮 張 超

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

螺栓毛坯以前采用圓鋼直接下料，即依據(jù)螺栓大頭尺寸加余量的方式制坯，這種下料方式導(dǎo)致螺栓桿部的后續(xù)機(jī)加工余量非常大，材料浪費(fèi)也很多，后續(xù)精加工過(guò)程中刀具消耗大，生產(chǎn)效率低。現(xiàn)在依據(jù)螺栓桿部(小頭)直徑選取坯料，并根據(jù)塑性變形的等體積原則計(jì)算坯料長(zhǎng)度，利用中頻感應(yīng)加熱爐將坯料的一端加熱到一定溫度后進(jìn)行加壓鐓擠，從而形成鐓頭螺栓。鐓頭螺栓的特點(diǎn)是頭部為鍛造成形區(qū)、熱影響區(qū)，螺桿尾部為型材區(qū)。改良工藝使材料利用率提高。成型過(guò)程只進(jìn)行局部感應(yīng)加熱，既節(jié)約了能源，又減少了氧化皮的產(chǎn)生，提高了螺栓毛坯的表面質(zhì)量和尺寸精度[1-2]。本文主要研究2Cr12NiMo1W1V不銹鋼材料的鐓頭螺栓熱處理工藝及相關(guān)力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)方案

將2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓試驗(yàn)件進(jìn)行退火處理，檢測(cè)各個(gè)區(qū)域的晶粒度和金相組織，再進(jìn)行性能熱處理，再檢測(cè)其力學(xué)性能、晶粒度和金相組織，并解剖鐓頭螺栓，對(duì)截面硬度進(jìn)行檢測(cè)分析。

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 鐓頭螺栓規(guī)格及鍛壓成形

2Cr12NiMo1W1V鐓頭?70 mm螺栓規(guī)格及鍛造成型圖如圖1所示。

(a)尺寸規(guī)格(b)成型實(shí)物圖圖1 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓Figure 1 2Cr12NiMo1W1V hoe bolt

2.2 鍛件化學(xué)成分

取2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓鍛件試樣檢測(cè)化學(xué)成分，結(jié)果如表1，化學(xué)成分均合格。

2.3 退火

2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓頭部為鍛壓成形區(qū)，進(jìn)行退火處理，退火工藝如表2所示。

退火后在2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓的鍛造區(qū)、熱影響區(qū)和型材區(qū)各取試兩件進(jìn)行金相組織和晶粒度分析，其結(jié)果如表3所示。

從表3檢查結(jié)果可以看出，退火后的2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓各個(gè)區(qū)域晶粒度比較好，各個(gè)區(qū)的晶粒度均為6～8級(jí)，退火后所有區(qū)域的金相組織均為回火索氏體。

2.4 熱處理

對(duì)退火后的2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓用箱式電阻爐進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，熱處理工藝見(jiàn)表4。

調(diào)質(zhì)后，對(duì)2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓的鍛造區(qū)、熱影響區(qū)和型材區(qū)分別各取試兩件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表1 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition requirements of 2Cr12NiMo1W1V hoe bolt(mass fraction,%)

圖2 金相照片(500×)Figure 2 Metallograph(500×)

表2 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓的退火工藝Table 2 The annealing process of 2Cr12NiMo1W1Vhoe bolt

表3 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓退火后的晶粒度及金相組織Table 3 The grain size and metallographic structureOf 2Cr12NiMo1W1V hoe bolt after annealing

表4 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)工藝Table 4 The quenching and tempering process of 2Cr12NiMo1W1V hoe bolt

表5 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)后的力學(xué)性能Table 5 The mechanical properties of2Cr12NiMo1W1V hoe bolt after quenchingand tempering

從表5性能結(jié)果可以看出，2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)后鍛壓區(qū)、熱影響區(qū)和型材區(qū)的性能全部合格，其中屈服強(qiáng)度為770～830 MPa，抗拉強(qiáng)度為995～1000 MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表6 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)后的晶粒度及金相組織Table 6 The grain size and metallographic structureOf 2Cr12NiMo1W1V hoe bolt after quenching andtempering

圖3 2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)后硬度分布圖Figure 3 The hardness of 2Cr12NiMo1W1V hoe bolt after quenching and tempering

調(diào)質(zhì)后2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓鍛壓區(qū)、熱影響區(qū)和型材區(qū)的金相組織和晶粒度檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)后鍛壓區(qū)、熱影響區(qū)和型材區(qū)的晶粒度為4～5級(jí)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓調(diào)質(zhì)后的金相照片如圖2所示。

對(duì)調(diào)質(zhì)后的2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓橫向截面做硬度分析，其結(jié)果如圖3所示。從調(diào)質(zhì)后硬度分布可以看出，2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓在調(diào)質(zhì)后的硬度均勻性很好，基本在311～325HBW，且都滿足性能要求。

3 結(jié)論

(1)12Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓先采用900～920℃退火處理后，再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，其調(diào)質(zhì)參數(shù)為：淬火溫度為1030～1050℃，淬火介質(zhì)為油；回火溫度為650～670℃，冷卻介質(zhì)為空冷。

(2)調(diào)質(zhì)后鐓頭螺栓的鍛造區(qū)、熱影響區(qū)和型材區(qū)金相組織均為回火馬氏體，晶粒度4～5級(jí)，且2Cr12NiMo1W1V鐓頭螺栓橫向截面的硬度分布在311～325HBW，其余力學(xué)性能均滿足要求。