42CrMo鋼鍛坯中異常組織分析與改善

沈靜雯，劉衛(wèi)華

常州寶菱重工機械有限公司 江蘇常州 213019

1 序言

42CrMo是一種綜合力學(xué)性能好、淬透性能好、應(yīng)用廣泛的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，在機械行業(yè)中常用于制造齒輪、連桿、高強度螺栓等重要零部件[1]。某鋼廠供42CrMo鋼鍛坯，其制造工序流程為：爐外精煉→鑄錠→鍛坯→正火。某公司采購該批鍛坯用于制造帶鋼生產(chǎn)重卷機組中的卷取軸，最終熱處理工藝為調(diào)質(zhì)，力學(xué)性能要求為抗拉強度900～1100MPa、屈服強度≥650MPa、沖擊吸收能量≥40J；在原材料入庫檢驗中發(fā)現(xiàn)宏觀、微觀金相組織異常，初步判斷該鍛坯未進行正火處理。本文通過制定幾種熱處理方案，根據(jù)理化檢測結(jié)果討論分析該鍛坯質(zhì)量改善的方法與可能性。

2 理化檢測

2.1 化學(xué)成分分析

試驗材料為42CrMo鋼鍛坯，按GB/T 3077—2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》中高級優(yōu)質(zhì)鋼要求驗收，經(jīng)SPECTROLAB光譜儀檢測，結(jié)果見表1，符合標準要求。

表1 鍛坯樣品化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

2.2 金相檢測

對該鍛坯進行原材料入庫金相檢測，根據(jù)GB/T 13298—2015《金屬顯微組織檢驗方法》要求取樣后，按照GB/T 1979—2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖》、GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定》等規(guī)定評定其低倍組織缺陷與非金屬夾雜物級別，其宏觀形貌如圖1所示，顯微組織如圖2所示，檢測結(jié)果見表2。

表2 鍛坯取樣金相檢測結(jié)果

圖1 鍛坯試樣低倍檢驗（1:1工業(yè)鹽酸熱蝕）

圖2 鍛坯試樣金相組織

2.3 力學(xué)性能檢測

該鍛坯按GB/T 2975—2018《鋼及鋼產(chǎn)品 力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備》要求制取樣并進行力學(xué)性能檢測，結(jié)果見表3。

表3 鍛坯力學(xué)性能檢測結(jié)果

2.4 熱處理方案與理化檢測結(jié)果比對

根據(jù)理化檢測結(jié)果，該鍛坯組織粗大，組織異常，力學(xué)性能較差，應(yīng)為鍛造質(zhì)量不良且未進行適當?shù)恼鹛幚?。為研究原材料組織對最終熱處理（調(diào)質(zhì)）的影響，驗證各種熱處理工藝對原材料質(zhì)量改善程度，制定熱處理方案，分析并提出改善措施。

現(xiàn)制定三種熱處理工藝——正火、調(diào)質(zhì)、正火+調(diào)質(zhì)對鍛坯余料進行試驗，分別從熱處理后的鍛件上截取試樣檢測其金相組織、力學(xué)性能，將試驗結(jié)果與設(shè)計要求進行比較，結(jié)果見表4。

表4 三種工藝處理后的性能指標與組織類型

經(jīng)分析與比對，經(jīng)正火后的試樣強度、韌性均明顯提高，組織中網(wǎng)狀鐵素體消失，如圖3所示；鍛坯直接調(diào)質(zhì)的試樣雖然消除了網(wǎng)狀鐵素體，但抗拉強度遠低于技術(shù)要求且組織偏析明顯，如圖4所示；而經(jīng)正火+調(diào)質(zhì)的試樣不僅各項性能指標達到技術(shù)要求，組織均勻性也得到明顯改善，如圖5所示。

圖3 正火（880℃空冷）后組織

圖4 調(diào)質(zhì)（860℃油冷、610℃空冷）后組織

圖5 正火+調(diào)質(zhì)（880℃空冷+860℃油冷、610℃空冷）后組織

3 結(jié)論與建議

鍛坯中產(chǎn)生的異常組織通常是由于鍛造時溫度過高，晶粒急劇長大，鍛打時也未能細化晶粒而造成組織遺留[2]。同時，鍛后冷卻速度不足導(dǎo)致了網(wǎng)狀鐵素體產(chǎn)生，會嚴重惡化材料的力學(xué)性能，特別是室溫下的沖擊韌度下降。為防止粗大晶粒和網(wǎng)狀鐵素體甚至魏氏組織的產(chǎn)生，應(yīng)嚴格控制鍛造時的加熱溫度，同時必須合理控制冷卻速度。后通過正火處理可進一步細化組織，防止網(wǎng)狀鐵素體等組織遺留。

該鍛坯未按要求進行正火處理，后續(xù)在原材料入庫階段應(yīng)進一步加強金相檢測，保證其符合正常工藝下的組織要求。如發(fā)現(xiàn)原始組織中存在組織粗大、網(wǎng)狀鐵素體甚至魏氏組織等異常現(xiàn)象，必須在淬火前進行正火處理，否則直接進入淬火或調(diào)質(zhì)，得到的組織和性能不僅不能達到預(yù)期要求，甚至由于網(wǎng)狀鐵素體的存在對基體組織有割裂性，在淬火過程中會引起淬火裂紋，導(dǎo)致熱處理過程中產(chǎn)品失效。