高速钢退火工艺研究

尹金枝 罗秀艳 李喜月 张伟

摘要：本实验是参照国内某钢厂热处理中心而设计的大型综合热处理车间，其典型产品材料为W18Cr4V高合金工具钢。该设计主要以W18Cr4V高合金工具钢制作拉刀为例，介绍了其热处理工艺流程和工艺参数，并说明了热处理过程中材料组织、结构及性能的变化。对企业现行高速钢退火工艺进行试验研究，制定了高速钢最佳退火工艺，并在实际生产中进行实施。实际生产验证新退火工艺是可行的，它解决了退火后锻件硬度高于工艺规定的质量问题，提高了产品质量，节约了能源。

关键词：W18Cr4V；工艺参数；表面强化；节约能源

引言

高速钢它虽然年产量不高，但是由于成分复杂，合金含量很高，生产工艺与性能也比较特殊，而且价格昂贵，因此在特殊钢中一直占有非常独特的地位[1]。

高速钢经锻轧后，钢材需要退火。高速钢的的Ac1在820-860℃范围，故退火温度为820-860℃，保温2-3h，大部分合金碳化物未溶入奥氏体，此时奥氏体中合金元素含量不多，冷却时易转变成粒状珠光体和剩余碳化物。一般冷却速度不大于30℃/h，冷却到600℃出炉空冷[2]。退火后W18Cr4V钢中碳化物体积分数约为30%，其中M6C为16%-19%，W18Cr4V3C6为9%，MC为1.5%-2%。

1 工艺路线设计

试验材料为直径小于11mm的W18Cr4V高速钢盘条，其化学成分（质量分数/%）为0.87C，0.32Si，0.26M，，5.83W，4.61Mo，3.99Cr，1.76V。对盘条进行等温退火处理，退火工艺制定如下：第一组试样分别加热至840、860、880、900、920℃保温2h，然后炉冷至760℃等温5h，再炉冷至室温；第二组试样于880℃分别保温2、5、10h，然后炉冷至760℃等温5h，再炉冷至室温；第三组试样于880℃保温2h，然后炉冷至760℃分别等温2、5、7h，再炉冷至室温。

采用Axiovert2200型光学显微镜观察显微组织，腐蚀剂为4%的硝酸酒精；使用CMT5105型拉伸试验机于室温下按GB/T228-2002进行拉伸性能测试，拉伸试样为比例试样，标距为55mm；使用HVI210A型维氏硬度计测试硬度，每个试样测3点取平均值。

2 试验结果与讨论

2.1加热温度对显微组织和力学性能的影响

由图1可见，W18Cr4V高速钢盘条经不同加热温度保温2h炉冷至760℃等温5h后的显微组织基本相同，均为退火索氏体中弥散分布着一次碳化物颗粒。只是当加热温度低于880℃时，一次碳化物颗粒尺寸较小，外观近似呈球状；当加热温度达到920℃时，一次碳化物颗粒急剧长大、粗化，部分碳化物尺寸甚至达到近20μm，形态由球状转变为不规则的块状。

由图2可见，840℃加热时，W18Cr4V高速钢的断面收缩率较低，仅10%，而硬度和抗拉强度明显高于其它温度的；随加热温度的升高（在880℃前），盘条的断面收缩率逐渐增大，硬度和抗拉强度降低；当加热温度超过880℃后，硬度和抗拉強度变化不大，但断面收缩率则逐渐降低。

W18Cr4V高速钢的奥氏体转变开始温度为840℃，结束温度为890℃，根据退火温度与奥氏体转变温度之间的经验关系[3]，理论退火加热温度应控制在870～880℃。在840℃加热，盘条没有完全奥氏体化，退火不充分，内部应力未完全消除，使得盘条的抗拉强度和硬度较高而塑性较低，不利于拉拔。当加热温度为920℃时，充分奥氏体化后虽然消除了内应力，但过高温度导致一次碳化物长大，大尺寸碳化物颗粒形成内部缺陷在拉拔时易产生微裂纹造成断裂，损害高速钢的塑性。因此，退火加热温度宜选在880℃。

2.2 保温时间对显微组织和力学性能的影响

由图3可见，保温时间在2-5h范围内，盘条的断面收缩率较高，塑性良好；延长保温时间，盘条的硬度和抗拉强度变化不大，而断面收缩率明显降低。除加热温度外，保温时间是影响奥氏体转变的另一个重要因素[4]。880℃加热时，虽然不同保温时间差别较大，但基体均已充分奥氏体化，应力得到消除，已属于完全退火，因而盘条的硬度和抗拉强度变化不大；然而，保温时间过长，导致一次碳化物颗粒粗化，使盘条的塑性降低。所以适宜的保温时间为2h。

3 总结

W18Cr4V高速钢盘条退火时，加热温度过高或保温时间过长，均会造成一次碳化物颗粒长大粗化，使盘条的塑性降；而等温转变时间过短不利于珠光体转变，同样使盘条塑性不变。基于上述实验得出退火加热温度宜选在880℃，适宜的保温时间为2h。

参考文献

[1]魏世忠著.高钒高速钢耐磨材料[M].科学出版社.2009.52-53.

[2]李跃军.金属加工[M].北京：机械工业出版社.2010.

[3]许天已编著.钢铁热处理实用技术[M].北京：化学工业出版社.2008.304-313.

[4]吴承建编著.金属材料学[M].北京：冶金工业出版社.2012.120.