钢的亚温淬火

1 淬火.退火.正火工艺

◆ 表面淬火

• 钢的表面淬火

有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。

根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。

• 感应加热表面淬火

感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点：

1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高

2.工件因不是整体加热，变形小

3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少

4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命

5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好

6.便于机械化和自动化

7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。

• 感应加热的基本原理

将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。

• 感应表面淬火后的性能

1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 个单位（HRC）。

2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。

3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。

金属材料中频淬火新工艺

在长期的生产实践和科学实验中，人们对金属内部组织状态变化规律的认识不断深入，特别是从60年代以来，透射电镜和电子衍射技术的应用，各种测试技术的不断完善，在研究马氏体形态、亚结构及其与力学性能的关系，获得不同形态及亚结构的马氏体的条件，第二相的形态、大小、数量及分布对力学性能影响等方面，都取得了很大的进展，建立在这些基础上的中频淬火新工艺也层出不穷。

㈠循环快速加热淬火

淬火、回火钢的强度与奥氏体晶粒大小有关，晶粒愈细，强度愈高，因而如何获得高于10级晶粒度的超细晶粒是提高钢的强度的重要途径之一。钢经过α→γ→α多次相变重结晶可使晶粒不断细化；提高加热速度，增多结晶中心也可使晶粒细化。循环快速加热淬火即为根据这个原理获得超细晶粒从而达到强化的新工艺。例如45钢，在815℃的铅浴中反复加热淬火4-5次，可使奥氏体晶粒由6级细化到12～15级；又如20CrNi9Mo钢，用3000赫芝200千瓦中频感应加热装置以11℃/s的速度加热到760℃，然后水淬，使σs由960MN/m2增加到1215MN/m2，气由1107MN/m2，增加到1274MN/m2，而延伸率保持不变，均为18%。

㈡高温淬火

这里高温系相对正常淬火加热温度而言，低碳钢和中碳钢若用较高的淬火温度，则可得到板条状马氏体，或增加板条马氏体的数量，从而获得良好的综合性能。 从奥氏体的含碳量与马氏体形态关系的实验证明，含碳量小于0.3％的钢淬火所得的全为板条状马氏体。但是，普通低碳钢淬透性极差，若要获得马氏体，除了合金化提高过冷奥氏体的稳定性外，只有提高奥氏体化温度和加强淬火冷却方可。例如用16Mn钢制造五铧犁犁臂，采用940℃在10％NaOH水溶液中淬火并低沮回火，可获得良好效果。

中碳钢经高温淬火可使奥氏体成分均匀：得到较多的析条状马氏体，以提高其综合性能。例如AISl4340钢，870℃淬油后，200℃回火，其σs为1621MN/m2，断裂韧性Kc为67.6MN/m，而在1200℃加热，预冷至870℃淬油后200℃回火，σs为1586MN/m2，断裂韧性Kc为81.8MN/m。若在淬火状态进行比较，高温淬火的断裂韧性比普通淬火的几乎提高一倍。金相分析表明，高温淬火避免了片状马氏体(孪晶马氏体)的出现，全部获得了板条状马氏体。此外，在马氏体板条外面包着一层厚100-200朋残余奥氏体，能对裂纹尖端应力集中起到缓冲作用，因而提高了断裂韧性．

Ｎｏ．４　Ｊｕｌｙ　２００７　《大型铸锻件》　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳｒＩ’ＩＮＧ　ＡＮＤ　Ｆ０ＲＧＩＮＧ　

利用亚温淬火改善　

２０ＭｎＭｏ钢管板锻件的冲击韧性　

刘同湖　张文辉王兴齐　

（天津重型装备工程研究有限公司，天津３００４５７）　

摘要：在２０ＭｎＭｏ钢锻件强度足够的条件下，用亚温淬火＋高温回火工艺热处理可显著提高锻件的低温冲　

击韧性。　

关键词：亚温淬火；冲击韧性；２０ＭｎＭｏ钢　

中图分类号：ＴＧ１１３．２　文献标识码：Ａ　

Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　Ｓｕｂ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ｔｏ　Ｉｍｐｒｏｖｅ　Ｉｍｐａｃｔ　

Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｏｆ　２０ＭｎＭｏ　Ｓｔｅｅｌ　Ｔｕｂｅｐｌａｔｅ　Ｆｏ　ｎｇｓ　

Ｌｉｕ　Ｔｏｎｇｈｕ，Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｎｈｕｉ，Ｗａｎｇ　Ｘｉｎｇｑｉ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｅｑｕａｔｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆｏｒ　２０ＭｎＭｏ　ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒｇｉｎｇｓ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｕｂ－ｔｅｍｐｅｒａ－　

ｔｕｒｅ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ＋ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｎ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｍｐａｃｔ　

ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ｆｏｒｆｏｒｇｉｎｇｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ；ｉｍｐａｃｔ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；２０ＭｎＭｏ　ｓｔｅｅｌ　

１前言　

作为一种普通的低合金钢，２０ＭｎＭｏ经常被　

选择用于制造管板锻件。通常情况下其冲击韧性　

的检验要求为Ａ　吒≥３４Ｊ，但是有些技术要求明　

确提出在保持强度验收标准不变的前提下，将冲　

击韧性的验收指标提高到Ａ　－３０￣Ｃ￣＞２１Ｊ。　

最初生产高冲击韧性要求的管板时，由于对　

其苛刻性认识不足，没有采取有效的应对措施，故　

科技论坛　・１４７・　深冷处理对２０ＭｎＫ钢性能的影响　陈淼　聂英斌’徐晓辉，王洪涛　陈浩。　（１、吉林工业职业技术学院，吉林吉林１３２０１３　２、中钢集团吉林铁合金股份有限公司，吉林吉林１３２００２　３、天津商业大学宝德学院，天津３００３８４）　摘要：本文研究了２０ＭｎＫ钢亚温淬火后，采用深冷处理工艺，试验结果表明：深冷处理后，２０ＭｎＫ钢的硬度及韧性均有所改善，为　２０ＭｎＫ钢的强韧化找到了一条新途径。　关键词：深冷处理；亚温淬火；强韧化　１概述　早在２０世纪３０年代国外就开始采用零度以下过度冷却的方　法来改善钢的性能，其目的是使残余奥氏体向马氏体转变，但并不　能显著降低残余奥氏体量。２０世纪７０年代后，随着低温技术的解　决和测试手段的完善，冷处理可扩展到一１９６￣Ｃ（或更低）的温度，出　现了所谓深冷处理技术【ｌ】。大量研究表明，深冷处理能够使钢中的残　余奥氏体转变成马氏体，并能够析出弥散细小的碳化物，从而达到　强韧化材料、提高材料的耐磨性并保证材料的尺寸稳定性等目的目。　本试验对２０ＭｎＫ钢亚温淬火后，采用深冷处理工艺，研究其力学性　能的变化，力求为２０ＭｎＫ钢的强韧化找出一条新途径。　２试验内容与结果　２．１　２０ＭｎＫ钢热处理工艺　试验用２０ＭｎＫ钢，原始态为热轧正火态，即带状铁素体和带状　珠光体的混合组织。本试验把淬火＋回火、淬火＋深冷处理＋回火　作为试验工艺，如表１所示。淬火加热选用箱式炉，淬火冷却介质采　用１０％～１５％ＮａＣ１水溶液，深冷处理方法用液氮法，即将工件直接　放入液氮中进行长时间（２４ｈ）处理。　２．２性能测试　为测定２０ＭｎＫ钢抗拉强度，在ＷＥ一３０液压万能试验机上进行　拉伸试验，拉伸试样为５　Ｘ　３０　Ｘ　１４０的标准板状试样，试样形状尺寸　如图１所示：　在ＨＲ一１５００Ｔ型洛氏硬度计上测定双相钢的洛氏硬度。力学性　能测试结果如表２所示。　３试验结果分析　３．１深冷处理对２０ＭｎＫ钢硬度的影响　由表２可知：淬火后深冷处理，使２０ＭｎＫ钢的硬度值略有升　高。７６０￣Ｃ淬火后洛氏硬度ＨＲＣ由未深冷前的２Ｏ．０升高到深冷处　理后的２１．７，７８０℃淬火后洛氏硬度ＨＲＣ由未深冷前的２６．６升高　到深冷处理后的２８．０。原因是：一方面，深冷处理后，残余奥氏体向　马氏体转变，使硬度值增加，有学者认为深冷能完全消除残余奥氏　体。也有学者认为深冷只能降低残余奥氏体的数量，不能完全消除　残余奥氏体　。深冷处理还改变了残余奥氏体的形状、分布和亚结　构，有利于提高钢的强韧性　；另一方面，马氏体分解，析出微细碳化　物，马氏体本身也发生碎化。组织碎化，从而弥散强化；第三方面，马　氏体本身的过饱和程度有所下降。固溶强化作用减弱，将促使硬度　值下降。三方面综合作用结果，深冷处理后使硬度有所增加。　３．２深冷处理对２０ＭｎＫ钢拉伸性能的影响　由表２可知：深冷处理使２０ＭｎＫ钢的强度提高的同时，韧性也　有所提高。７６０℃时，深冷处理使钢的屈服强度由５６０．２　ＭＰｇ提高　到６４０．１　ＭＰｇ，提高了０．１４％。抗拉强度由９２４．４ＭＰｇ提高到９９４．６　ＭＰｇ，提高了０．０７５％。延伸率７．２％提高到９．６％，提高了０．３３％。同　理，７８０￣Ｅ时，深冷处理使２０ＭｎＫ钢屈服强度提高了０．１１％，抗拉强　度提高０．０７８％，延伸率提高０．３５％。可见，深冷处理对延伸率提高幅　度更显著。原因之一：在深冷处理时，转变成的马氏体析出超微细碳　化物，从而弥散强化，主要是马氏体经一１９６％深冷，由于体积收缩，　Ｆｅ的晶格常数有缩小的趋势，从而加强了碳原子析出的驱动力，但　由于低温下的扩散更为困难，扩散距离更短，于是马氏体的基体上　析出了大量的弥散的超微细碳化物　；原因之二：组织细化引起了　２０ＭｎＫ钢的强韧化，由粗大的马氏体板条发生了碎化而引起的，因　表１　２０ＭｎＫ钢热处理工艺规范　标号　工艺规范　Ａ工艺　７６０℃Ｘ　３００ｍｉｎ（盐水淬火）＋２００℃ｘ　２ｈ回火　Ａ　工艺　７６０￣Ｃ　Ｘ３００ｒｎｉｎ（盐水淬火）＋液氮深冷２４ｈ＋２００。Ｃ　Ｘ２ｈ回火　Ｂ工艺　７８０℃×３００ｍｉｎ（盐水淬火）＋２００℃×２ｈ回火　Ｂ　工艺　７８０￣Ｃ　Ｘ３００ｒａＬｎ（盐水淬火）＋液氮深冷２４ｈ＋２００℃￣２ｈ回火　图１标准板状拉伸试样　此深冷处理可以提高２０ＭｎＫ钢的强韧性。　４结论　综上所述，通过对２０ＭｎＫ钢亚温淬火后，采用深冷处理工艺，使　其硬度及韧性均有所改善，为２０ＭｎＫ钢的强韧化找到了一条新途　径。因此，将深冷处理应用在双相区淬火工艺中具有重要意义。　参考文献　［１】林晓娉，董允，王亚红．高速钢深冷处理及其机理研究【Ｊ】．金属热处　理学报，１９９８，（１９）２：２１—２５．　［２】邓黎辉，汪宏斌，李绍宏，张银福，邓亚琪，吴晓春．高强韧冷作模具钢　深冷处理性能及组织［Ｊ】．材料热处理学报，２０１１，（３２）４：７６—８１．　［３】佟晓辉．Ｃｒｌ２钢冷冲模深冷处理与耐磨性［Ｊ】．机械工程材料，　１９９４，１８（３）：３４—３６．　［４】钱士强，李曼萍，严敏杰．Ｔ８钢深冷处理后的马氏体形态和回火特　性研究［Ｊ】．热加工工艺，２００１，（４）：３－６．　［５】陈鼎，陈吉华，严红革，黄培云．深冷处理原理及其在工业上的应用　［Ｊ】．兵器材料科学与工程，２００３，２６（３）：６８—７２．