化学成分与热处理工艺对LCC钢低温冲击值的影响

1、化学成分与热处理工艺对LCC钢低温冲击值的影响化学成分与热处理工艺对LCC钢低温冲击值的影响InfluenceofChemicalComposition&HeatTreatmentTechnologyonLowerTemperatureImpactValueofLCCSteel王景德(宏羿铸造有限公司,上海200021)摘要:本文详细介绍了LCC钢的理化性能要求与热处理工艺.同时对LCC钢生产中常见缺陷产生的原因进行了分析并提出了预防对策.关键词:LCC钢;低温冲击值;化学成分;热处理工艺中图分类号:TG142,1;文献标识码:B;文章编号:10069658(2004)0400

2、3702LCC钢是一种适应寒冷地区使用的低碳钢,具有良好的综合机械性能与焊接性能.目前LCC钢已被欧美各国广泛用于阀门上.几年来我司采用该钢种生产了数百吨阀门铸件出口英国,美国等国家.其内在质量达到AMA35283a标准,外形尺寸达到IS080621984的9级,表面质量符合美国MSSSP一55标准,从未发生过拒收问题,受到客商与国外用户的一致好评.1LCC钢的材质性能要求(ASTMA352-83a)1.1化学成分(见表1)表1LCC钢化学成分%CsjMnPSNi0.250.61I20.040.0450.5CrMoCuVNi+Cr+Mo+Cu+V0.50.20.30.031,oo1.2机械性能

3、(见表2)表2LCC钢的力学性能抗拉强度屈服强度延长率断面收缩率低温冲击值/MPa/MPa(%)(%)(一46)20J/cm485-6542752235(三件试块平均值)chaipV形缺口试块.其中单一试块的n最低值16J/cm.2化学成分设计2.1碳在低碳钢中,含C0.18%时,低温0随C量的提高而增加,继续提高C量,0持续下降【".但含C过低(<0.18%),钢中珠光体量减少使抗拉强度与收藕日期:20040328文章编号:2004050屈服强度降低.故为保障LCC钢较好的综合力学性能,我们选取LCC钢的含C量在0.18%0.22%范围内.2.2硅Si主要作为脱氧剂加

4、入钢中的.Si有脱氧作用比Mn还要强,能消除FeO夹杂对钢的不良影响;同时,Si大部分溶天铁素体中,有助于提高钢的强度.因此,我们一般把LCC钢的Si量控制在0.45%0.55%之间.2.3硫与磷S与P对LCC钢的低温0影响极大.随着P:S含量的提高,LCC钢低温a急剧下降.P在组织中析出化合物Fe3P,使钢之脆性大大提高.S在钢中几乎不能溶解而与Fe生成化合物FeS.FeS与Fe形成低熔点的共晶体析出于晶界中,增大钢之脆性.前苏联要求低温钢中S,P0.02%.目前我们在生产中应将P,S控制得越低越好.注意选料:不明成分与锈蚀的废钢不能用,本厂回炉料中的冒口部分含S高应慎用.我们曾化验过冒口中

5、的S要比废铸件高0.O1%0.03%.是强化熔炼,至少造渣三次.采取上述措施后,即使用酸性中频炉熔炼时,使P,S控制在0.03%是完全可以做到的.特别是炉前化验这道工序非常重要,必须炉炉做,成分不合格不能出炉.2.4锰Mn与S的亲和力很大,Mn可以夺走S而生成MnS.它呈点状分布于晶内或晶界上,有一定塑性.Mn还可细化珠光体晶粒,有助于改善低温口.因此,生产中LCC钢的Mn控制在高值区0.80%1.1%较宜.2.5镍Ni能显着提高LCC钢的低温冲击值.美国要求37低温钢中Ni=2.5%.我们曾作过试验,LCC钢中只要加入0.3%0.5%的纯Ni,低温0值就有较大幅度的提高.因此,为保证LCC钢

6、的低温0达标同时节约成本,我们生产中常加入O.25%O.35%的Ni.2.6其它残留元素Al,Ti,Mo,V,Cr,Cu等残留元素,只要控制在标准规定范围内(见表1),它们对低温0值无明显影响,生产中可不予考虑:3热处理3.1正火+回火的工艺试验为细化晶粒与消除铸造内应力,我们先进行了正火试验.根据钢的含C量,LCC钢的AC,温度约为850oC,故正火温度为AC3+508O,即采用930温度保温4h后在空气中冷却为改善韧性,消除应力与稳定组织,正火后进行680oC的高温回火处理.采用上述热处理方案试验数次,低温0很难达标,不可取.3.2正火+正火+回火的工艺方案我们又进行过几次两次正火(930

7、C4h)+回火(680×31a)的试验.发现低温0不太稳定:有时合格有时不合格,生产中亦未采用.3.3正火+淬火+回火的方案我们的指导思想是:正火作为预先热处理,淬火目的的旨在使奥氏体在更低温度下分解,分解产物为弥散度更高的珠光体+游离铁素体,可能有利于低温a的提高.实践证明,选用9304h正火+900oC3h淬火+680C3h高温回火方案,不仅各项机械性能较好,而且低温.稳定,均能达到美国ASTM规定的指标(见表2).3.4淬火+回火处理为节约成本,曾试图取消正火工序只进行淬火+回火试验.实验发现,此方案各项机械性能较好,但低温a仍常达不到标准要求.分析原因可能是缺少预先热处理,铸

8、造晶粒粗大所致.3.5淬火+淬火+回火方案我们后来进行淬火+淬火+回火的工艺试验的探讨.第一次900完全淬火,第二次为不完全淬火,温度在AC.与AC3之间约为850C,随后再经68OcI=高温回火.结果也较满意.各项机械性能较好,低温a也稳定.此法与正火+淬火+回火方案比较,工艺较复杂,成本也高.优点是生产周期有所缩短.在正常情况下生产上没有采用,只有在特别紧急时用之.383.6LCC钢热处理工艺的选定经过各种方案试验比较后,决定采用正火+淬火+同火的热处理工艺.(1)正火:在电阻炉内加热,温度为930oC±lO,保温4h后出炉空冷.(2)淬火:在电阻炉内加热到900oC±

9、1OoC保温3h后迅速在水池中淬火.铸件须在池中不断摆动并用压缩空气吹入水中,水温保持在2O一4OcI=.水池中不断补加冷水,水池上端留有溢水口使热水溢出.(3)回火:淬火后须立即放在回火炉中进行680±1O的高温回火.这时,C原子不断从相中析出,使晶格畸变减小,内应力释放.保温3h后拉出炉外空冷以防回火脆性.回火后的组织为弥散度较高的薄片珠光体即回火索氏体.各项机械性能较好,一46cI=的低温a达到2335J/cm24LCC钢的常见缺陷及其预防'4.1裂纹在铸件厚薄交界或转角处淬火后易生裂纹,主要原因是由于淬火应力所造成.我们发现,随着淬火后停留时间延长,淬火开裂现象增大,

10、见表3.因此,淬火后铸件不得长期在车间内存放,须立即投入回火炉中回火,尤其是在冬天更要及时回火.表3淬火后停留时间对裂纹产生的影响停留时间30rainlh4hl2h24h48h_裂纹数目00l224铸件总数40件.4.2低温n不够或表面硬度不均出现这两种现象主要原因:一是淬火时铸件各处温度不均所致.铸件刚入水中时周围水被加热而汽化形成一层蒸汽膜包围铸件,使铸件与水隔离,它是不良导体大大降低铸件冷却速度出现屈氏体.故淬火时须将工件不断摆动并用压缩空气吹入水中去除铸件表面汽膜使铸件各处温度一致.二是从加热炉吊出铸件人池时,吊运速度太慢,尤其在冬季铸件降温大导致铸件淬火温度不足出现铁素体影响淬火效果

11、.因此,铸件加热炉吊出时速度要快,保持铸件有足够的淬火温度.4.3同一炉热处理的试块(chaipV型缺口)三件的低温0相差悬殊主要原因:一是与冲击试块表面粗糙度及外形垂直度有关.要求试块加工精确垂直度要好.同时,试块表面应磨光达到R1.6/xm;二是与试块冷却温度有关.试块冷却剂中冷却时须冷至要求测试温度低57cI=,如要求测量一46C,试块须冷至一15cI=,同时适合现代规模化生产低铬铸铁磨球新工艺ANewTechnologySuitableforScaleModernProductionofLowCrCastIronGrindingBalls王仲珏(安徽工程科技学院,安徽芜湖241000)

12、摘要:考虑磨料介质的实际服役工况条件,生产低铬白口铸铁磨球的工艺设计原则应明确为:在改善韧性指标的前提下,进一步提高硬度.笔者以在实践中成功运用的实例在控制冷速,成分设计,铸造冶金处理和热处理等方面介绍新工艺.并指出该工艺适合现代工业的规模化生产方式,具有较强的市场竞争力.关键词:规模化生产;低铬白口铸铁;磨球中图分类号:TG252;文献标识码:B;文章编号:10069658(2004)04003903Abstract:Consideringpracticaluseconditions,technologydesignprincipleofproducinglowchromewhitecast

13、irongrindingballshouldbe:Underpremiseofimprovingtoughness,toenhancehardnessmore.Anewtechnologyofcoolingratecontrol,compositiondesign,metallurgyandheattreatmentetchasbeenintroducedviaasuccessfulexalTlpieinpractice.Ithasbeenpointedthatthetechnologyissuitableformodemindustrialscaleproduction,withmorest

14、rengthinmarketcompetition.Keywords:Scaleproduction;Lowchromewhitecastiron;Grindingball低铬白口铸铁磨球的组织可以被看成是海绵网状的MC型渗碳体,里面镶嵌奥氏体的转变物,因此,强度和韧性就取决于脆性的碳化物相.结合大多的服役工况条件,应将低铬白口铸铁磨球在获得较好韧性的前提下进一步提高硬度作为工艺设计的指导原则.这样就确定了要控制碳化物的数量,大小,并对碳化物施行断网,细化和改变非金属夹杂物的形态和改善分布状态的变质,孕育化处理.当然,使零件中没有内应力,显微裂纹及其它组织上的不连续性等现象,使组织品粒细化,形

15、成尽可能多的细而弥散的硬组织体和获得细片状马氏体基体对实现这一工艺设计目标极为有利.就组织基金项目:安徽省教育厅自然科学研究项目资助(2002kj061)收稿日期:20040225文章编号:2004016转变而言,相变温度区间的冷却速度是更有意义的.脱型(打箱)温度应以此选择,并进而确定冷却方式.在控制冷速+成分设计+铸造冶金处理+热处理过程中应高度一致地体现工艺设计的指导原则,并以此为据统一于为确定合理工艺参数而进行的试验设计和实施结果的综合指标考核体系中.概言之,该类磨球新工艺要点:以改变碳化物形态为中心;在获得马氏体基体的同时尽可能从组织构成,制造过程中减小内应力.本课题在首先确定高品质低铬铸铁磨球工艺设计理念的基础上,研究适合现代规模化生产低铬白口铸铁磨球新工艺,并为利用现代冶金铸造新技术实现低铬铸铁磨球新工艺的现代化生产做好工艺技术准备.1组