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                                              特殊鋼可取消正火、退火工序生產工藝簡介
                                              發布:cy20201119   時間:2023/3/28 14:30:24   閱讀:878 
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                                              導讀:特殊鋼廣泛應用于交通及其他各個行業中,要求具有優良的耐久性和疲勞強度,如齒輪、傳動軸、軸承、螺栓等。為使特殊鋼具有這些優良特性,鋼中添加了許多合金元素。合金元素的添加,使特殊鋼的硬度和微觀組織發生各種變化。這些變化對之后的部件制造(熱鍛、冷鍛、拉拔、切削等)的加工性產生影響。因此,使特殊鋼具有優良的加工性是特殊鋼的重要課題。

                                              對特殊鋼或特殊鋼的熱加工部件、冷加工部件進行正火或退火處理,以調整鋼的硬度和微觀組織,使特殊鋼或特殊鋼的熱加工部件、冷加工部件具有良好的加工性。另一方面,從提高生產效率和降低生產成本的角度,迫切需要省去熱處理工序。

                                              為使部件能夠在惡劣環境下應用,需要對部件進行硬化處理。但是,在對部件進行滲碳等高溫熱處理時常常會發生晶粒粗大化,特別是對冷鍛部件進行滲碳處理時,很容易晶粒粗大。所以,為了抑制晶粒粗大,在鍛造后,對部件進行正火處理。但現在已經開發出通過合金元素添加和微觀組織調整,即使取消正火工序也可以防止晶粒粗大化的技術。

                                              本文對特殊鋼鋼材和特殊鋼部件制造中可取消正火、退火工序的鋼材成分設計特點和生產工藝特點作簡要介紹。

                                              1.  特殊鋼正火、退火的主要目的及取消方法

                                              表1是特殊鋼鋼材和部件制造過程中進行正火、退火的主要目的和取消正火、退火的方法。



                                              正火是將鋼加熱到奧氏體化溫度后冷卻(主要是空冷)的熱處理。正火處理使高溫熱加工(軋制、鍛造)的鋼材和部件的粗大晶粒和不均勻微觀組織得到改善,從而提高切削性并防止冷鍛件滲碳處理時的晶粒粗大化。

                                              退火的的方法很多,主要目的是使材料軟質化。例如,正火處理時不進行空冷,而進行緩冷,則可進一步使鋼材軟化。這種熱處理叫做完全退火。此外還有,將亞共析鋼加熱到奧氏體-鐵素體兩相區,或是將過共析鋼加熱到奧氏體-滲碳體兩相區后進行緩冷的球化退火。經球化退火,鋼的微觀組織成為鐵素體和球狀碳化物的混合組織,硬度大大下降,因此作為冷鍛和拔絲加工的軟質化處理方法。當熱軋鋼材中含有硬質的貝氏體難于切斷時,可將鋼材加熱到兩相區溫度以下保溫后進行空冷,這叫作低溫退火處理。 

                                              2.  特殊鋼取消正火、退火的生產工藝

                                              對棒鋼、鋼管、線材等鋼材的要求是,部件加工時易于加工、為提高部件強度進行硬化熱處理時不發生不合格現象。加工成部件的方法有熱鍛、冷鍛、拔絲、切削等多種方法。近年來,CO2排放量少、成材率高的冷鍛加工方法使用不斷增多。與熱鍛相比,冷鍛時工件成型的負荷大,為了減輕冷鍛模具的負荷,常常在冷鍛前對工件進行退火處理。因此,如能通過鋼材制造工藝使鋼材軟質化,對于取消冷鍛前的退火處理非常有益。

                                              為此,對取消退火處理的鋼材軟質化技術進行介紹。制造軟質化鋼材的主要工藝是控制軋制和控制冷卻。適宜的鋼成分并通過控制軋制和控制冷卻,可提高鋼材軟質化的效果。為使軋制鋼材軟質化,應使軋材的終軋溫度低溫化,并且軋后對鋼材進行緩冷。緩冷的方法是,在軋材冷卻帶上設置保溫罩。低溫軋制+緩冷,連續冷卻后,鋼的組織是最軟質的鐵素體+珠光體組織(抑制了硬質貝氏體組織的產生),并且珠光體本身也被軟化。低溫軋制抑制了軋制時鋼的再結晶和晶粒長大,軋制中鋼的組織是微細的奧氏體,冷卻時促進了鐵素體的轉變(圖1)。



                                              日本國內的精密軋制棒鋼設備多是三輥式軋機。利用這種軋機的高剛性可以進行低溫大縮徑率的熱軋,易于得到微細奧氏體,所以是有力的控制軋制設備。

                                              調整鋼的成分也是使鋼材軟質化的有效方法。在合金元素中,Si、Mn強化鐵素體的作用很強, 減少Si、Mn含量可降低鋼的硬度和鋼的變形抗力。另一方面,減少Si、Mn含量會導致鋼的淬透性下降。添加ppm級的微量的、可極大提高淬透性的硼(B),可彌補減少Si、Mn含量導致鋼淬透性的下降。Cr強化鐵素體的作用不及Si、Mn,但Cr可提高鋼的淬透性,所以Cr可用于鋼的軟質化。B具有鋼在低溫軋制時增加鐵素體量的作用,所以是使鋼軟質化的有效元素。減少鋼中的固溶C、N,或利用析出物將C、N固定,抑制冷鍛鋼的硬化(動態應變時效),使鋼保持比較軟質的狀態,是取消退火的有效方法。

                                              各特殊鋼廠利用上述的控制軋制、控制冷卻并與成分調整組合,開發出可取消退火的特殊鋼。

                                              利用控制軋制技術使鋼的組織是鐵素體+珠光體,也可制造出取消正火的鋼。

                                              3.  特殊鋼部件正火、退火的主要目的及取消方法

                                              特殊鋼部件的正火、退火處理主要是為了使熱鍛件的微觀組織和硬度均勻化,提高切削性。余熱正火和鍛后等溫退火可取消部件的正火、退火處理。余熱正火用于低碳鋼和合金元素較少的鋼。在管狀容器內,利用鍛件的余熱控制鍛件的冷卻速度,對鍛件進行冷卻,獲得鐵素體+珠光體組織。余熱正火的組織比常規正火組織粗大,但由于抑制了微觀組織的不均勻性,所以使鋼的切削性穩定。

                                              但是,余熱正火用于合金元素較多的SCr420、SCM420時,不能防止有損切削性的貝氏體的析出。這時,在鍛造后要對鍛件進行等溫退火(550-650℃保溫30-60min后空冷),可使鋼的組織是鐵素體+珠光體組織,從而取消部件的退火處理。此外,有研究報告報道,對部件鍛造采用控制鍛造(低溫鍛造+控制冷卻),可降低鍛后部件的硬度,從而取消正火處理。

                                              為此,對抑制冷鍛部件滲碳時晶粒粗大化進行的正火處理和取消正火處理的新鋼種作簡要介紹。鋼在冷鍛前進行球化退火時,如生成片狀碳化物,則在冷鍛時,鋼中產生局部的不均勻應變,導致促進滲碳時的晶粒粗大化。為解決這個問題開發了新的鋼種。新鋼種的Cr含量多于SCr420和SCM420,抑制了亞共析鋼球化退火中容易生成的片狀碳化物的產生,提高了退火組織的均質性。此外,由于在新鋼種中添加了微量的合金元素,產生了大量具有晶界釘扎效果的碳、氮化物。新鋼種退火組織的均質化減輕了冷鍛時的應變不均勻性,以及晶界釘扎效果的強化,使新鋼種即使在冷鍛后取消正火處理,也可以防止常規滲碳溫度下的晶粒粗大化。

                                              在全球積極推進防止地球升溫、實現零碳社會的形勢下,減排溫室氣體CO2是當務之急的課題。在CO2減排方面,不僅特殊鋼企業自身要采取減排措施,而且特殊鋼用戶和外部加工廠的加工工藝中,采取減排措施也不可或缺。本文對具有提高生產效率、降低產生成本和CO2減排等多方面效果的取消熱處理技術作了簡要介紹。期待這些技術進一步發展和不斷擴大應用范圍。

                                              來源:世界金屬導報


                                               
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