921A球扁鋼熱處理工藝研究

張鴻雁，易文思，袁霞光

（武昌船舶重工集團有限公司，湖北 武漢 430060）

921A球扁鋼驗收標準由GJB 1662A-2005更新為GJB 1662A-2015，新標準對球扁鋼的性能提高了要求；同時進貨的來源由原來的一家鋼廠變為兩家鋼廠，工廠原有的中頻淬火工藝滿足不了新標準的要求，所以通過小爐調質對比試驗找出大爐調質的熱處的理論依據。

注：本文淬火方式都為水冷。

1 新舊標準對照及問題的產生

（1）舊標準GJB 1662A-2005如下。（表1）

（2）新標準GJB 1662A-2015如下。

表2 縱向拉伸性能

表3 縱向沖擊性能

我們用原有的中頻淬火工藝對新鋼廠的球扁鋼進行了淬火處理，圖1為球頭淬火后組織，組織均為馬氏體，實測硬度值在HRC34以上，圖2為球扁淬火后的組織，組織為少量馬氏體和貝氏體，大量的鐵素體明顯呈帶狀分布，是沒有完全淬透的組織，相應的硬度值在30左右；該組織經過回火后球扁的性能指標達不到標準要求。多次試驗結果相似，說明工廠以前使用的中頻淬火工藝是不適用新鋼廠的球扁鋼。

圖1 球頭淬火后組織

圖2 球扁淬火后的組織

鋼各取樣一批做了一系列的對比調質試驗，試驗如下：（原來供貨鋼廠球扁鋼以下稱A，后來供貨鋼廠球扁鋼以下稱為B）。

（3）原始熱軋狀態的化學成分、金相組織及力學性能對比化學成分見表4（%）。以上兩個批號球扁鋼的化學試驗結果均滿足標準要求，而且各項數據相近，可作為比對試驗用。

表1 力學性能

表4 原始熱軋狀態化學成分見表

原始熱軋狀態的金相組織見表5。

表5 原始熱軋狀態的金相組織

圖3 粒狀貝氏體

圖4 粒狀貝氏體

圖5 粒狀貝氏體+部分沿晶分布的疑似珠光體

圖6 粒狀貝氏體+部分沿晶分布的疑似珠光體

力學性能試驗結果見表6。

表6 原始狀態力學性能

從以上組織及金相照片可以看出，兩個鋼廠的化學成分接近的熱軋原始態球扁鋼組織有很大的差異，相應力學性能也差別很大，所以兩個鋼廠選用同一種中頻淬火工藝是不可行的，這也是工廠采用原來的工藝對B鋼廠熱軋球扁鋼中頻淬火調質后不能合格的主要原因之一。

2 實驗及分析

為尋找出適合A、B鋼廠的熱處理工藝，做了以下不同熱處理制度的比對和探索實驗，表7為第一次調質處理參數，表8為相應部位的硬度值和組織。

表7 第一次實驗的處理參數

表8 第一次實驗后相應部位的硬度值和組織

圖7 A1球頭

圖8 A1球扁

圖9 B1球頭

圖10 B1球扁

圖11 A2球頭

圖12 A2球扁

圖13 B2球頭

圖14 B2球扁

同時將以上熱處理試樣分別作了拉伸和沖擊試驗，結果見表9。

表9 第一次試驗后試驗拉伸和沖擊試驗

從以上試驗結果可得出如下結論：

（1）890℃時兩個鋼廠球扁鋼的淬火組織雖然都是馬氏體，但A鋼廠的淬火組織明顯比B鋼廠的組織好，淬透性更好些。910℃兩個鋼廠球扁鋼淬火組織比較接近，硬度值也比較接近，這時候A、B兩個鋼廠的球扁鋼都已經全部淬透。

（2）A、B兩組球扁鋼經過不同溫度回火后進行力學性能試驗，第一組數據除屈服強度偏低接近標準值，其他試驗結果都合格；第二組數據沖擊功全部合格，強度值比第一組更低，沒有達到標準要求。這些數據說明此次試驗890℃的淬火溫度偏低回火后強度達不到標準要求，而680℃回火溫度偏高雖然讓A、B鋼廠球扁鋼的韌性得到了改善，沖擊值不僅合格而且有較大富裕，但強度明顯不足，所以后續的熱處理工藝要求在保證韌性合格的基礎上進一步提升強度。于是我們重新制定了熱處理工藝。

為了提高強度，我們調整了熱處理工藝，淬火溫度從原來的890℃和910℃，直接取中間值900℃，保溫時間30分鐘不變；回火溫度從660℃，680℃直接降到640℃，保溫時間從120min降到80min，分別對A和B鋼廠的兩組試樣經過以上熱處理后，進行球頭的拉伸和沖擊試驗，球扁的沖擊試驗，試驗結果如下。

表10 第二次實驗的處理參數

以上熱處理工藝后的拉伸和沖擊試驗結果如下：見表11。

表11 第二次拉伸和沖擊實驗

結合以上數據，降低20℃進行回火，強度得到了很大的提高，沖擊指標也在合格的范圍內（與660℃和680℃回火對比，沖擊值有一定程度的降低）屈服強度超過 標準規定值，所以還需要對回火的工藝進行調整。

第五組試樣選擇900℃，保溫一個小時，主要意圖是將B鋼廠球扁鋼奧氏體狀態更加均勻化，對后期的回火有好處；回火溫度調整到650℃，保溫時間從80min變為90min，使強度得到改善，實驗結果如下。

表12 第三次實驗處理參數

以上熱處理工藝后的拉伸沖擊數據見表13。

表13 第三次拉伸和沖擊實驗

結果表明組織已經淬透，選擇的淬火溫度和保溫時間沒有問題。

上表試驗結果屈服強度提升很大卻超過了標準要求，其他試驗數據均滿足標準要求，為適當降低屈服強度，而且保證其他指標要求，我們又調整了熱處理工藝，做了第八組試驗，工藝如表14。

表14 第四次實驗處理參數

表15 第四次拉伸和沖擊實驗

為了驗證工藝的合理性，又做了一組實驗。實驗工藝及結果如下。

表16 第五次實驗參數

表17 第五次拉伸和沖擊實驗

實驗完全滿足標準要求，驗證了該工藝的合理性。

通過以上四組數據的分析，再同樣的熱處理制度下，A鋼廠和B鋼廠的結果不一樣，A鋼廠的強度一直比B鋼廠高，說明A鋼廠熱軋球扁鋼的軋態組織優于B鋼廠，所以前期熱軋狀態組織對后續的調質工藝是有影響的。不能用同一熱處理工藝進行調質；即便是同一鋼廠的不同批號的球扁鋼也要根據不同的原始組織微調熱處理工藝。

3 實驗結論

（1）不同鋼廠生產出來的921A球扁鋼工藝不會完全相同，熱軋后的組織也有很大的區別：新鋼廠球扁鋼出廠時組織偏析較嚴重，中頻淬火中較短的淬火時間難以改善偏析現象。

（2）不同軋態的921A球扁鋼后續的調質工藝也要相應調整，才能滿足使用要求。

（3）經過試驗認證，適合A、B鋼廠921A球扁鋼的調質工藝為加熱900℃，保溫60min后淬火，670℃保溫120min回火。

（4）C、Mn含量不同，即碳含量較高的話，要適當調整調質工藝，保溫時間延長，回火溫度調高。

（5）以上結論為921A球扁鋼非中頻淬火加回火的實驗爐最佳調質工藝，能很好地指導大爐批量熱處理。