LCC热处理

1LCC、G20Mn5和20ГЛ低温压力容器20Mn铸钢热处理吉克阀门有限公司穆振远、刘秀川摘要：LCC、G20Mn5和20гл分别为美、德和俄20Mn铸钢。本文根据数百炉生产试验研究，介绍了用合金化和优化热处理两种方法来提高钢的力学性能，特别低温冲击功的经验和三种钢的低温冲击功水平。关键词：LCC；G20Mn5；20гл；化学成分；热处理；冲击功LCC钢国内研究使用较早，[1][2]介绍了LCC钢热处理，是网上可见的主要两篇，但热处理后－46℃ak23~35J／c㎡[1]和[2]有时ak40J/c㎡,都不高。我们六年多，从合金化和热处理工艺试验两方面着手来提高LCC、G20Mn5和20гл钢阀门性能和质量。生产了数百吨阀门出口产品。下面介绍提高三种低温冲击功经验。1.钢的合金化和化学成分调控三种钢（LCC、G20Mn5和20гл）的化学成分和力学性能要求见表1.LCC、G20Mn5和20гл钢化学成分及材料力学性能要求表表1注：（1）表中除标注范围外，成分≦，力学性能≧。AVG-2-3个试样Akv平均值。（2）LCC每降0.01％C,可提高Mn0.04％,最高1.40％。L-低温压力容器用钢，C-铸钢，C-强度等级A、B、C中最高级。（3)G20Mn5-G-铸钢，20-碳平均0.20％，Mn5-Mn平均含量＝5／4＝1.25％。（4）20ГЛ-Л-铸钢，20-碳平均0.20％，Г-Mn.。(5)Akv＝KV2。从表1可以看出三种钢均为20Mn铸钢，C、Mn、Si为主要元素，P、S有害元素，Cr、Ni、Cu、Mo、V为选用少量或残留元素，可加可不加。C:≦0.25％范围内，随着碳增加，提高钢淬透性和淬硬性，增加强度和保持较高低温冲击功。碳不能太低，0.18-0.25％，尽量往上限控制。Si:脱氧剂，强化铁素体和提高屈服强度，是有益元素。Si太低易形成气孔和针状缺陷。应往上限控制。Mn::能脱氧去硫，强化铁素体，细化珠光体和形成合金渗碳体强化相。Mn是最显著增加淬透性元素和是同Ni一样少数改善低温韧性元素之一。研究表明，2％Mn、无Cr、Ni的合金钢可代国外CrNi重要合金钢。所以Mn尽量往上限控制。利用LCC规则，C≦钢号C％S％iMn％Cr％Ni％Cu％Mo％V％P％％S％％RmMpReMpA％Z％温度AKVJAVGJLCC0.250.601.200.500.500.300.200.030.0400.0454856552752230-461620G20Mn5（1.6220）0.170.230.601.001.600.300.800.300.120.030.0200.02050065030022-30-402727（N）(QT)20гл.0.17.0.250.300.501.101.400.300.300.300.0400.0405504002035-601620.20％,Mn可到1.40％，提高淬透性.。Mo:能提高钢淬透性(仅次于Mn)、回火稳定性、低温冲击功和抑制消除回火脆性。提高强度、降低晶粒长大倾向性和细化晶粒。对大截面阀门可加入。如，0.25％C1.47％Mn0.22％Mo-46℃Akv70、88、106J,AVG＝88J；0.24％C1.47％Mn0.27％Mo-60℃Akv57、59、61J,AVG＝59J.\Cu:同Ni均为面心立方，性能接近，能显著提高钢的淬透性和低温冲击功。早年发现武钢含残铜45钢钢套油淬能淬硬，含0.1％铜的45钢小曲柄（φ16）油淬48-53HRC,不含只25-32HRC.P、S:分别产生冷、热脆性，要严格控制。Cr、Ni、V；【1】加0.30-0.50％Ni,Akv也不高，Ni贵。Cr没有Ni作用大。跟据我们经验上述三元素和钼可不加。不加时为残留微量元素，其影响很小。[2]把LCC和LCB标准要求不同的力学性能称为表现出不同机械性能，是Mn、Cr和Ni微量元素作用。.LCC、LCB的力学性能由成分C、Mn、Si、P、S及其它全部元素和适当热处理保证和达到的。单讲Mn、Cr、Ni作用不符合金属学的合金化原理。C除上述作用外还决定钢的组织组成和数量，作用大。LCB比LCC力学性能要求低是C高Mn低（其它元素两种钢相同）。LCC和LCB组织是P+F,珠光体钢，而不是【2】说的铁素体钢。在LCC钢中Mn、Cr、Ni没有【2】说的增加钢残余奥氏体量作用，更不可能用它提高低温Akv，高C高合金钢才有效。Cr也不是【2】说的降低淬火温度元素（Cr提高Ac3）。延长淬火加热时间是使合金元素充分扩散，而不是【2】说的弥散。Mn也不是【2】说的强碳化物元素，Mn无独立碳化物，只形成（Fe、Mn）3C。【2】的晶界析出碳化物引起高温回火脆性说，解释不了Mo是强碳化物元素，回火时析出碳化物并没有引起高温可逆回火脆性，是有效的抑制和消除回火脆性元素。美标LCC﹣46℃、Akv≥16J、AVG≥20J。【1】【2】【3】全搞混，误认为ak.，【2】ak的单位在机械性能指标中为KJ／㎡，而文中ak单位为J，不一致。akv≈1.25Akv。2热处理优化：LCC、G20Mn5和20ГЛ钢世界钢号手册【3】和【1】【2】【4】查到的热处理工艺见2LCC、G20Mn5和20ГЛ的热处理工艺表2从表2可以看出正火温度下限温度接近，上限高低差别较大；淬火温度下限接近，美标上限温度最低。回火温度相差比较大，手册介绍的工艺只是参考工艺，有的不一定准确。根据装炉方法、装炉量、热处理炉型依据经验选取，并经试验验证，找出适合本企业这种钢的热处理工艺。试验早已证明QT低温冲击曲线明显高于NT曲线，正火作最终热处理是不合适的。硕士论文【3】在建议LCC含碳量0.14-0.22%范围经NNT热处理-46℃ak14.1-39.7J/cm²平均17.5-29.2J/cm²,假设冲击试样为V形切口，转换美准要求的Akv=KV2≥16J,平均≥20J为11-32J平均14-23J（标准冲击功修约到1J）,论文中没有一个成分低温冲击性能指标全钢号正火回火淬火回火回火后冷却注LCC900~930550~650880~910550~650【4】G20Mn5（1.6220）900~980610~660900~940610~66020ГЛ920~940900~940600~620LCC920~9404h890~9103h670~6903hAC(空冷）【1】LCC890~910640~660`WC450℃，AC【2】LCC890~920≧2h600~680≧2h【5】ZG280~520D890~980600~700890~980600~700AC、F（炉冷）【6】C26—52L3合格。对LCC这类20Mn铸钢要求低温冲击，【3】试验数据再次说明正火是不合适，两次正火加回火同淬火加回火相比，工艺复杂，耗能高和性能低，更不合理。【1】Akv不高可能同正火、淬火和回火温度均高和回火空冷有关。【2】保温时间均没有说明，但ak有时才40J/c㎡。回火后水冷到450℃空冷也没有必要，热处理也需优化。我们开始采用井式炉正火细化予处理，降30—40℃箱式炉淬火加热和井式回火炉回火。箱式炉升温慢，劳动强度大。后改为井式炉QQT，最后QT。正火或一次淬火保温时间很重℃要。【4】淬火回火保温时间均为大于两小时，最低时间有点短。我们试验正火保温两小时再QT，试样断口为结晶断口，铸态组织没消除。正火或淬火保温除透烧外还有成分均匀化兼均匀化处理，这样才能消除铸态组织、使工件获得高的低温冲击功。一次淬火温度880℃偏低。回火温度也不是越高低温冲击功越高，详见表3，低温冲击功随回火温度提高变化有拐点（有极值），回火后水冷有利提高低温冲击功。QT比NT低温冲击功明显高，NT不可取。LCC回火温度同-46Akv和AVG之间关系见表3回火温度℃600610630660680700~710Akv38~5546~7351~8639~6221~3525~56AVG474564503143炉数213713410我们不加Cr、Ni、Mo、V和优化热处理后，LCC、1.6220和20ГЛ钢实测低温冲击功性能如下表4,历年力学性能统计表见表6，LCC、1.6220回火硬度和—46℃AVG关系散布图见图13种钢实测低温Akv、AVG统计表表4钢号热处理试验温度℃AkvJAVGJAVG的平均值炉数年份LCC1.6220N(Q)T+QTQQT、QT—4630~11433~97551712009~2012不含2012QTLCCQQT—6042~444312011QT—6051~55531LCCQT—4636~11042~1055935201220ГЛQT—6027~6237~5745222011~20124LCC、1.6220回火硬度和—46℃AVG关系散布图见图1从表4可以看出热处理后三种材料均超过客户技术要求，LCC、1.6220平均超出1倍，20ГЛ1倍以上。LCC最高Akv114J，AVG最高105J，AKV总平均55-59J,20ГЛ—60℃，Akv最高62J，平均值最高57J，总平均45J远大于Akv≥16J的技术要求。从图一可以看出多年LCC、1.6220的—46℃Akv均高于客户要求的≥27J。1.6220要求—40℃，实做—46℃。AVG≥50J的频次，明显高于＜50J的频次。≥170HB的AVG明显高，AVG≥60J，共56炉，其中≧70J,12炉，≥80J共8炉，其硬度见表5.。—46AVG≥80J对应的HB表5AVGJ10597958684818080HB185181207201170176176174从表图可见提高淬火硬度和回火硬度即提高钢的淬透性是获得高的低温冲击功的关键。LCC钢按最佳回火温度回火，使硬度提高到170-201HB，有利于提高低温冲击功。工厂一般不会利用LCC≤0.25％，每降低0.01％C，可增加0.04％Mn的规则，实际有的C、Mn都低，如0.18％C、079％Mn，淬透性明显不足，回火硬度很低，Akv也不高。1.6220和20ГЛMn上限高，实际Mn含量也高，容易热处理。试验中有4炉LCCRm＞655Mpa，其中最高Rm695Mpa，但—46℃AVG=95J;亦高，2、炉1.6220Rm＞650Mpa，—46℃AVG为59J和63J也高，说明LCC和1.6220设Rm上限不如20ГЛ不设限合理。结论：1、对LCC、1.6220和20ГЛ牌号20Mn铸钢，合金化、化学成分调控，尽量提高淬透性是获得优良力学性能，特别低温冲击性能的基础。C、Mn、Si尽量往上限控制，根据需要加Cu、Mo，,Cr、Ni、V可不加。2、采用合适的热处理工艺是获得高的力学性能，特别是低温冲击性能关键。选择合适的正火温度和淬火温度，保温时间要长，使合金充分扩散，消除铸态组织。回火温度选在回火曲线低温Akv拐点上，回火后快冷。优化热处理工艺是提高低温压力容器内在质量，使用寿命和节约能源及其重要的工艺方法。3、LCC和1.6220应同20ГЛ一样取消Rm上限限制，有利于挖掘材料性能潜力，提高材料性能和满足工业对材料综合性能要求越来越高发展的需要。参考文献：【1】王景德：化学成分与热处理对LCC钢低温冲击影响【2】杨玉团、庄承林：低温阀门用LCB、LCC钢热处理浅析【3】廖武富、丁方伟：LCC低温用铸钢及热处理。【4】林慧国等：世界钢号手册【5】WCB、LCC化学成分和机械性能检验【6】娄延春：铸造手册铸钢2卷5LCC、1.6220和20ГЛ热处理后历年统计表附1钢号材料RmMpaRelMpaA%Z%HB温度℃AkvJAVGJ炉数注2009LCC1.6220550-645584380-46042313.5-30.528.055-6964148-208-4630-9433-865431NT+QT2010LCC1.6220590-695630405-50554523.5-30.526.056-6862162-207-4636-9844-956120NT+QT2011LCC560-660385