铬系合金铸钢材料热处理工艺研究

邹纯明 张华锋

（大连华锐重工铸钢有限公司技术部 116000）

铬系合金铸钢材料热处理工艺研究

邹纯明 张华锋

（大连华锐重工铸钢有限公司技术部 116000）

工业上广泛应用的铸件矫直机是一种新兴的机器。它具有将弯曲的铸件拉直的功能。它是在辊式拉直机和拉伸拉直机的基础上研究发明出来的。它的核心部件是立柱，在使用时，要求能够承受足够的载荷，具备很高的力学性能，即优良的强度和塑性。立柱的原材料是铬系合金铸钢材料ZG30CrMnMo。但是现在的工业发展生产的铬系合金铸钢材料在强度上达不到要求。因此，本文主要对铬系合金铸钢材料热处理工艺研究，通过合理的热处理工艺设计和试验，提高铬系合金铸钢材料的强度，生产出合格的立柱，从而满足实际的铸件矫直机的正常工作需要。

铸件矫直机；铬系合金铸钢材料；工艺

1 铸件矫直机的生产工艺

1.1 立柱的原材料

立柱的原材料选择含碳量较低的铬系合金铸钢，这种材料铸造性能、塑性和焊接性能良好。ZG30CrMnMo的性能要求为σs≥387MPa，σb≥682MPa，S≥16%，ψ≥32%。

1.2 生产工艺

一天铸件矫直机需要的立柱的个数为28个，生产是采用冶炼的方法，通过不同吨位（5t，10t）的高温炉冶炼出钢水，浇筑在模子里冷却后形成铸件。生产工艺为使用大功率的高温率将钢坯融化，初步练出粗钢，然后转炉进行提纯、精化、向炉内通入氧气降低碳含量，并加入石灰等含有Si元素的物质进行还原，加入微量的合金元素对钢的成分进行调整，进一步精炼钢，最后出炉。

ZG30CrMnMo的化学成分如表1所示。

表1 ZG30CrMnMo的化学成分

1.3 生产结果分析

由表1的数据得出，ZG30CrMnMo的中所有的元素的化学成分均在标准成分范围的中部。不同元素在铸钢中所起的作用不同，比如Cr，Mo元素可以使钢的流动性降低，在冶炼的过程中，需要较高的温度，容易造成铸件缺陷，从而降低铸件的性能。为了提高ZG30CrMnMo的使用性能，需要改进ZG30CrMnMo的生产工艺，并对它的热处理工艺进行相应研究。从工艺实践经验可以得知，在铸钢的高温状态下吹入氧气，降低碳元素对钢进行精炼提纯，减少钢中的夹杂物和成分偏析，在高温下钢出炉这些措施均能提高铸件的质量。本文主要采取控制钢渣量和加入适当的合金成分的方法进行钢的冶炼，提高铸钢的使用性能和质量。

2 热处理工艺

由于铸钢件比较脆，因此不采取浸入液体里淬火的方式进行热处理，以防止铸钢的形状改变和出现裂纹。从工业生产的实际经验出发，本文采取了正火+高温回火的热处理工艺。这种调质的热处理工艺能过有效的改善铸钢件的性能，提高铸钢件的质量。进行热处理时，要注意测量铸钢件的临界温度，以为实际的生产做理论指导。同时参考其它铬系合金铸钢材料的热处理工艺，制作试验计划，实验后获得适宜的热处理工艺参数和流程。

2.1 热处理实验设备

热处理实验采取箱式电阻炉。箱式电阻炉的主要技术参数为：工作温度：S型1200℃，最高工作温度1350℃。K型1000℃，温度升高速度≥900℃/h。

2.2 控温方式

箱式电阻炉主要采取数字调节的全自动温度控制的方式。通过数字比例，积分，微分等方式控制温度。采用计算机程序对温度进行调节。所应用的程序为日本千野公司生产的KP1131R的程序。这种程序的功能为可以同时调节和控制加热和冷却的程序，根据数值范围和参数进行整定，可自动选择或者调用相应功能。可执行程序，存储数据，连接和重复的作用。

2.3 实验设备软件

通过箱式电阻炉的软件可以对热处理的实验进行情况进行实时的观察分析，并可以及时存储实验的温度曲线。

2.4 实验方案

初步拟定四种热处理的实验方案：

方案1：加热至（870～890）℃保温3h正火后在空气中冷却+（680～700）℃保温2.5h后回火在空气中冷却。

方案2：铸件回火后在空气中冷却，其余步骤参照方案1。

方案3：加热至（890～910）℃保温3h正火后在空气中冷却至（710～730）℃保温3h回火在空气中冷去。

方案4：铸件回火后在空气中冷却，其余步骤参照方案3。2.5热处理实验结果

热处理实验数据 σs≥387MPa，σb≥682MPa，S≥16%，ψ≥32%。

表2 热处理工艺实验结果

从表2的实验数据，可以看出ZG30CrMnMo的正火热处理温度范围比较大，从680～730℃，热处理组织可以得到6.2级大小的晶粒，当回火温度的温度超过710℃时，强度下降比例较大，塑性没有明显变化。方案4的强度最低498MPa，但也能够达到技术上的要求。

3 立柱的热处理工艺研究

但是实际生产情况和试验情况还有一定的差距。比如，试验时采取的铸件都是小件，而实际生产时会有大型铸件。因此，需要在试验结果的基础上，结合实际生产经验，对热处理工艺进行适当改变。

3.1 加速正火后的冷却速度

实际生产时，采用风机对工件强力吹风，以增大工件出炉后的冷却速度。这样做的目的是减小晶粒的大小，控制铁素体的数量，从而增加铸件的质量。

3.2 计算机程序调整热处理温度

采用日本千野公司生产的KP1131R的程序对铬系合金铸钢材料的正火、回火温度进行调整和控制，在实际生产的基础上进一步优化热处理工艺。此外，选择合理的生产工艺和适当的操作也是保证铸件力学性能的重要条件。

4 结论

铬系合金铸钢材料以其优良的力学性能和焊接性能被应用在拉矫机的立柱中，本文讨论了铬系合金铸钢材料ZG30CrMnMo的生产工艺和热处理工艺，大幅度的提高了材料的力学性能和铸件质量，不但提高立柱的使用性能，也推动了热处理工艺的发展，扩大了铬系合金铸钢的应用范围。

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TG161

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1004-7344（2016）13-0230-02

2016-4-15