921A球扁钢热处理工艺研究

2020-04-22张鸿雁易文思袁霞光

中国金属通报 2020年3期

张鸿雁，易文思，袁霞光

（武昌船舶重工集团有限公司，湖北武汉 430060）

921A球扁钢验收标准由GJB 1662A-2005更新为GJB 1662A-2015，新标准对球扁钢的性能提高了要求；同时进货的来源由原来的一家钢厂变为两家钢厂，工厂原有的中频淬火工艺满足不了新标准的要求，所以通过小炉调质对比试验找出大炉调质的热处的理论依据。

注：本文淬火方式都为水冷。

1 新旧标准对照及问题的产生

（1）旧标准GJB 1662A-2005如下。（表1）

（2）新标准GJB 1662A-2015如下。

表2 纵向拉伸性能

表3 纵向冲击性能

我们用原有的中频淬火工艺对新钢厂的球扁钢进行了淬火处理，图1为球头淬火后组织，组织均为马氏体，实测硬度值在HRC34以上，图2为球扁淬火后的组织，组织为少量马氏体和贝氏体，大量的铁素体明显呈带状分布，是没有完全淬透的组织，相应的硬度值在30左右；该组织经过回火后球扁的性能指标达不到标准要求。多次试验结果相似，说明工厂以前使用的中频淬火工艺是不适用新钢厂的球扁钢。

图1 球头淬火后组织

图2 球扁淬火后的组织

钢各取样一批做了一系列的对比调质试验，试验如下：（原来供货钢厂球扁钢以下称A，后来供货钢厂球扁钢以下称为B）。

（3）原始热轧状态的化学成分、金相组织及力学性能对比化学成分见表4（%）。以上两个批号球扁钢的化学试验结果均满足标准要求，而且各项数据相近，可作为比对试验用。

表1 力学性能

表4 原始热轧状态化学成分见表

原始热轧状态的金相组织见表5。

表5 原始热轧状态的金相组织

图3 粒状贝氏体

图4 粒状贝氏体

图5 粒状贝氏体+部分沿晶分布的疑似珠光体

图6 粒状贝氏体+部分沿晶分布的疑似珠光体

力学性能试验结果见表6。

表6 原始状态力学性能

从以上组织及金相照片可以看出，两个钢厂的化学成分接近的热轧原始态球扁钢组织有很大的差异，相应力学性能也差别很大，所以两个钢厂选用同一种中频淬火工艺是不可行的，这也是工厂采用原来的工艺对B钢厂热轧球扁钢中频淬火调质后不能合格的主要原因之一。

2 实验及分析

为寻找出适合A、B钢厂的热处理工艺，做了以下不同热处理制度的比对和探索实验，表7为第一次调质处理参数，表8为相应部位的硬度值和组织。

表7 第一次实验的处理参数

表8 第一次实验后相应部位的硬度值和组织

图7 A1球头

图8 A1球扁

图9 B1球头

图10 B1球扁

图11 A2球头

图12 A2球扁

图13 B2球头

图14 B2球扁

同时将以上热处理试样分别作了拉伸和冲击试验，结果见表9。

表9 第一次试验后试验拉伸和冲击试验

从以上试验结果可得出如下结论：

（1）890℃时两个钢厂球扁钢的淬火组织虽然都是马氏体，但A钢厂的淬火组织明显比B钢厂的组织好，淬透性更好些。910℃两个钢厂球扁钢淬火组织比较接近，硬度值也比较接近，这时候A、B两个钢厂的球扁钢都已经全部淬透。

（2）A、B两组球扁钢经过不同温度回火后进行力学性能试验，第一组数据除屈服强度偏低接近标准值，其他试验结果都合格；第二组数据冲击功全部合格，强度值比第一组更低，没有达到标准要求。这些数据说明此次试验890℃的淬火温度偏低回火后强度达不到标准要求，而680℃回火温度偏高虽然让A、B钢厂球扁钢的韧性得到了改善，冲击值不仅合格而且有较大富裕，但强度明显不足，所以后续的热处理工艺要求在保证韧性合格的基础上进一步提升强度。于是我们重新制定了热处理工艺。

为了提高强度，我们调整了热处理工艺，淬火温度从原来的890℃和910℃，直接取中间值900℃，保温时间30分钟不变；回火温度从660℃，680℃直接降到640℃，保温时间从120min降到80min，分别对A和B钢厂的两组试样经过以上热处理后，进行球头的拉伸和冲击试验，球扁的冲击试验，试验结果如下。