36NiCrMo16锻后硬度控制工艺研究

2022-05-16邓双丰

大型铸锻件 2022年3期

邓双丰

(中广核工程有限公司，广东深圳 518124)

近两年来，国内某锻件供应商承接的36NiCrMo16材料锻件，钢锭开坯锻造为棒类等锻件进行炉冷后，硬度较高且不均匀，有些硬度高于400HBW，有些硬度低于300HBW，经过锻后热处理(等温退火或正火加回火)后硬度仍然没有降下来，给后续粗加工带来困难，无形增加了加工成本，并延长了交货周期。为了解决该材料锻后硬度问题，特进行工艺试验研究，为后续生产实践提供参考。

1 试验过程

1.1 原材料选择

选用的棒材锻件的原材料化学成分见表1，检测值满足要求。

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements (mass fraction,%)

1.2 制造流程

工艺试验用料按照锻造工艺锻造8件锻件，分别标识为1#～8#，8件锻件制造工艺流程为原料出坯→锻造→锻后冷却→锻后热处理→检测硬度值，锻后按照表2进行锻后冷却和锻后热处理。

表2 锻后热处理工艺Table 2 Post-forging heat treatment process

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

2.1.1 锻后硬度

按照方案一进行的1#～3#三件锻件，炉冷后表面光白，用便携式里氏硬度计进行硬度检测，硬度比较高，且不均匀，硬度单个值在350～506HBW，平均值在364～503HBW。造成加工困难，与前期生产出现的情况类似，硬度太高使得端面无法锯掉。

按照方案二进行的4#～6#三件锻件，表面光白后用便携式里氏硬度计检测，硬度值在290～321HBW，硬度适合加工，且硬度均匀性也好。

按照方案三进行的7#～8#两件锻件，回火后进行表面光白，用便携式里氏硬度计进行硬度检测，硬度情况与锻后炉冷后硬度情况基本一致，硬度高，均匀性差，7#的硬度单个值在291～639HBW，平均值在296～633HBW，8#的硬度单个值在347～641HBW，平均值在349～636HBW，造成加工困难。

2.1.2 锻后热处理硬度

根据锻后硬度情况，将难于加工的1#～3#、7#、8#锻件进行锻后热处理正火加回火，锻后热处理后进行表面光白，用便携式里氏硬度计检测，硬度值在257～307HBW；在两端取样后用台式布氏硬度检测验证，硬度值为274～300HBW，达到了试验要求和目的。

2.2 结果分析

2.2.1 锻后冷却方式对硬度的影响

不同的锻后冷却方式的硬度检测结果表明：

(1)锻后直接进炉，炉冷后表面光白，进行硬度检测，硬度比较高，用便携式里氏硬度计检测硬度值个别位置偏差大，切取试料用台式硬度计检测，布氏硬度值基本在400HBW以上，由此可见，锻件炉冷后硬度值高，炉冷后不便于直接粗加工。

(2)锻后直接进炉进行正火加回火热处理，光白后用便携式里氏硬度计检测为290～321HBW，硬度值比炉冷后低，硬度均匀性好，便于直接粗加工。

(3)锻后油冷3 min后进行回火热处理，光白后进行硬度值检测，锻件表面硬度还是比较高，不便于直接粗加工。

(4)锻后直接进炉回火，光白后进行硬度值检测，锻件表面硬度还是比较高，不便于直接粗加工。

2.2.2 锻后冷却方式对显微组织的影响

通过金相组织观察发现，不同状态下的组织差别很大，抽取炉冷后3#锻件的组织，出现保持马氏体位相的马氏体组织，见图1(a)；锻后炉冷后进行正火加回火后的4#锻件是均匀的回火索氏体组织，见图1(b)；炉冷后进行正火加回火后的3#锻件组织是回火索氏体组织，见图1(c)；锻后油冷后回火的7#锻件组织是均匀的针状贝氏体组织，见图1(d)。

(a)3#:炉冷(b)4#:炉冷+正火+回火(c)3#:炉冷+正火+回火(d)7#:锻后油冷+回火

根据EN 10083-3:2006要求和材料分析，36NiCrMo16材料属于铬、镍、钼材料钢，钢中的铬、镍含量较高，具有很高的淬透性，大截面锻件在空气中可以得到的组织主要是马氏体组织，该类钢属于马氏体钢。该钢等温转变曲线显示，该钢在奥氏体化后没有珠光体转变，只有马氏体和贝氏体转变，因此当钢奥氏体化后冷却速度慢时较难得到软化的珠光体组织，软化效果不好，不利于粗加工。