30Cr2Ni2Mo钢大型环类锻件的热处理工艺研究
郑三妹 崔丽丽 孙长波 赵阳磊 贺 强
【摘 要】摘要：通过不同热处理工艺试验结果的对比分析，制定了30Cr2Ni2Mo钢大型环类锻件的最佳热处理工艺。对锻件不同部位进行取样分析，结果表明锻件表面和心部的力学性能全部满足技术要求，但壁厚1/2处的力学性能略优于内层。这主要是由于心部获得粒状贝氏体和富含合金元素回火索氏体混合组织的缘故。同时，试验还获得了锻件调质后的变形情况，为高淬透性钢大型环类锻件的热处理留量提供了有力的参考依据。 【期刊名称】大型铸锻件 【年(卷),期】2014(000)004 【总页数】5
【关键词】30Cr2Ni2Mo钢；大型环类锻件；热处理工艺；力学性能；粒状贝氏体
30Cr2Ni2Mo钢是优质的铬镍钼调质钢，有很高的强度和淬透性。主要用于重型机械中承受高负荷及大尺寸的部件，如矿山磨机齿轮、汽轮机转子、叶片、高负荷的传动件、紧固件、曲轴等[1]。
最近，我们公司生产粗加工尺寸为?4 900 mm/?3 800 mm×400 mm的30Cr2Ni2Mo钢特大型环锻件，要求检验表层和心部的硬度，1/4壁厚的轴向强度和冲击功，心部的径向强度和冲击功等。由于力学性能和检验位置要求很严格，我们通过对30Cr2Ni2Mo特大型环锻件的材料和热处理工艺进行研究，制定了30Cr2Ni2Mo钢大型环类锻件的最佳热处理工艺，满足了设计要求。
1 技术要求
1.1 30Cr2Ni2Mo钢环锻件技术要求
30Cr2Ni2Mo钢环锻件的力学性能要求和取样位置分别如表1和图1所示。 1.2 与JB/T6396—1992标准要求比较
该锻件的技术要求比JB/T6396—1992标准中30Cr2Ni2Mo钢的力学性能的要求更高，主要体现在冲击功要求高和取样位置严格。 (1)冲击功要求高
JB/T 6396—1992要求AkDVM≥45 J，而该锻件要求Akv≥45 J。AkDVM和Aku为U型缺口冲击，AkDVM的缺口深度为3 mm，Aku的缺口深度为2 mm，AkDVM：Aku≈0.87。Akv冲击为V型缺口冲击，与U型缺口冲击相比更容易在缺口尖端部位产生应力集中。在室温下，Akv与Aku的比值在0.5～0.8之间[2]。故同一种材料下，Akv值比AkDVM值更小，因此Akv≥45 J比AkDVM≥45 J更为严格。 (2)取样位置
由图1可知，锻件取样位置在距表面275 mm处套取样坯，并沿轴向进行解剖分析，较JB/T6396—1992要求取样位置距表面不大于90 mm更为严格。
2 材料成分的控制
30Cr2Ni2Mo钢虽然具有很高的强度和淬透性，但考虑到该锻件尺寸巨大、截面较厚、力学性能要求较高和取样位置极其严格等难点，我们对化学成分进行内控，如表2所示 。
C可以提高淬透性，提高强度，但C含量对钢的韧性危害极大，因此C含量不宜过高，选择控制在材料范围的中限。Mo除了可以提高淬透性、提高强度外，还可以与P形成Mo3P化合物，减少P在晶界上的偏聚，达到抑制高温回火脆
性产生的目的，其应选择控制在材料范围的上限。Ni可以提高淬透性，且不形成碳化物硬质相，对提高韧性有益，应控制在材料范围的上限。Cr 与Ni和Mo均有提高淬透性的作用，若同时加入可相互制约使过冷奥氏体内的原子扩散能力大大降低。当合金元素含量越高时，奥氏体内含合金元素晶胞单元的数量也越多，由此所形成的八面体空间铰链结构越多，对原子的扩散迁移束缚越大，合金发生相变时，则需更大的相变驱动力[4]。因此Cr选择控制在材料范围的上限。
Nb可以细化晶粒，在冷却转变过程中可抑制铁素体转变，在未发生铁素体转变或转变量很少的情况下，有一定的增强亚稳奥氏体淬透性的作用，降低贝氏体转变温度，从而获得强韧性更好的下贝氏体[5]。因此选择添加0.02%～0.05%的微量Nb元素。
3 工艺评定试验和调质工艺制定
3.1 工艺评定试验
研究淬火冷却冷速和回火温度对30Cr2Ni2Mo钢的力学性能影响，可作为制定30Cr2Ni2Mo钢锻件调质工艺的依据。采用可控制冷却速率的MR-20热处理模拟炉进行不同淬火冷速和回火温度的热处理试验。试验1将12根?20 mm×180 mm的试棒随炉加热860℃保温2 h，以25℃/min冷却至室温后，每3根试棒为一炉，分别在570℃、590℃、610℃、635℃回火4 h；试验2将12根?20 mm×180 mm的试棒随炉加热至860℃保温2 h后，以5℃/min冷却至室温后，每3根试棒为一炉，分别在570℃、590℃、610℃、635℃回火4 h。热处理试验结束后将试棒按GB/T228和GB/T229的试验方法进行拉伸和冲击测试。两组试样的强度和冲击功如图2所示。
30Cr2Ni2Mo钢大型环类锻件的热处理工艺研究
