“零保温”淬火工艺在中结钢中的应用

徐秀芬(甘肃钢铁职业技术学院，甘肃 嘉峪关 735100）

我公司西部重工锻热车间热处理工件月产量中近4/5是45钢、40Cr为主的中碳结构调质件。为了节省加热时间和电能，我们以45钢为代表的中碳结构钢的调质工艺，实施了以节能为目的的改进，即在调质处理中采用零保温淬火或Ac3零保温淬火，并就这两种新工艺对工件热处理后机械性能，金相组织的影响进行了可行性实验研究；并在生产中应用证明，这两种工艺不仅对工件热处理质量无影响，而且提高了工效，降低了电耗，取得了较好的经济效益。

1 调质处理“零保温”淬火

保温时间一般是指工件装炉后炉温升至淬火温度开始算起，到出炉为止所需的时间。它包括工件热透和内部组织充分转变时间。过去车间对中碳结构钢调质处理的淬火加热，在空气电阻炉中保温系数一般选用0.6～0.8min/mm，我们认为比较保守，容易引起表面氧化脱碳，对热处理质量并无好处，由于淬火加热中奥氏体转变仅需几秒钟即可完成，而奥氏体的均匀化时间也只需1分钟左右。故对于诸如45钢类的无过剩碳化物亚共析钢在调质处理中，可以采用所谓零保温淬火。即工件在规定的淬火温度（Ac3+30℃～50℃）加热，待工件到达该温度时即可取出淬火。一般认为对于厚壁零件外表虽达到了淬火温度，但心部温度仍很低。但据实验测定，直径或厚度不大于100mm的工件，在空气电阻炉中加热其表面和心部几乎同时到达淬火温度。直径为200mm的45钢在820℃～830℃加热，当表面到温时中心只低15℃～17℃，鉴于车间热处理调质中小件较多，且直径或厚度上大都小于200mm这一情况，我们取Φ100×285mm45钢试件3个，在RJХ-60-9箱式电炉中加热至840℃水淬，保温时间以工件表面到温后计算，分别取0、20、40min，而后580℃回火3小时。分别在3个试件的D/4处取样测试调质后的机械性能，所得结果见表1。表1所列机械性能数据可看出，对中碳结构钢调质中采用零保温淬火，其机械性能与常规调质工艺比较无大差别。从金相组织看（见图1、图2、图3）各自回火屈氏体组织也无大的差别。经过我们在实际生产上同整炉调质对比，见表2，不仅加热时间缩短了1/3，提高了工效；而且取得节电17%的效果，降低了生产成本，热处理后工件硬度也都符合要求。

2 调质处理中Ac3零保温淬火

长期以来，对亚共析碳素钢其淬火温度的选择原则一般为Ac3+（30℃～50℃）。在实际生产中，综合考虑其它因素，也往往有选为Ac3+（40℃～70℃）。我们认为对诸如45钢类的中碳结构钢其加热温度只需保证铁素体完全溶解即可，近年来的研究表明，亚共析钢在淬火加热时追求奥氏体均匀化是没有必要的。相反，不均匀奥氏体淬火浓度梯度增大，马氏体细化程度增加，另外据有关人士测定，CK45钢（类似我国45钢）在800℃，1秒钟后开始转变，在此温度下奥氏体碳化物中铁素体的转变，约50秒后完成。所以从提高工效，降低能耗角度出发，对中碳结构钢可在其铁素体消失的温度Ac3稍高10℃～15℃淬火，而不必为追求奥氏体均匀化。

（1）840℃×0 + 580℃×3 hr水淬

表1 热处理工艺及性能

表2 齿轮不同热处理工艺

表3 热处理不同加热保温时间的机械性能

表4 伞齿轮不同工艺的性能

（2）840℃×20 min+ 580℃×3 hr水淬

（3）840℃× min+ 580℃×3 hr水淬

（4）800℃×0+ 580℃×3 hr水淬

（5）840℃× 20 min+ 580℃× 3 hr水淬

（6）840℃× 40 min+ 580℃× 3 hr水淬

基于上述，我们仍选取Φ100mm×285mm45钢试件3个，在RJХ-60-9箱式电炉中加热至800℃水淬，保温时间分别取0min、20min、40min，而后580℃回火3h。分别在3个试件的D/4处取样测试调质后的机械性能并与表1数据比较得出表3。从表3数据可看出，对45钢将淬火温度降至800℃并采用零保温淬火，调质后其机械性能与常规调质工艺比较无大的降低，或者差别不大。从金相组织对比（见图4、图5、图6）也没有很多差别。所以，中碳结构钢调质处理时采用Ac3零保温淬火是可行的。该工艺既不易引起晶粒长大也不加剧表面氧化脱碳和变形；同时提高了工效，降低了电耗。经我们在实际生产中与常规调质工艺比较，淬火加热时间减少了42%，节电33%，热处理后硬度也符合要求（见表4）。可以看出，从工艺上采用节能措施，往往具有事半功倍的效果。

[1]安正昆《钢铁热处理》北京：机械工业出版社1985

[2]《钢铁金相图谱》机械工业部上海材料研究所北京：机械工业出版社1985

[3]《热处理手册》第2版 第2卷 北京：机械工业出版社1997

[4]戚正风《金属热处理原理》北京：机械工业出版社1987

[5]夏立芳《金属热处理工艺学》哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 1986