35CrNi3MoV钢的混晶及其防止方法1

135CrNi3MoV钢的混晶及防止方法杨慧1刘宗昌1王玉峰1胡永平2王蓉梅2（1内蒙古科技大学材料学院内蒙古包头014010，2北方重工集团特殊钢厂内蒙古包头014030）摘要：35CrNi3MoV大锻件在退火和调质处理后经常产生混晶现象，严重影响机械性能。研究表明，混晶是组织遗传造成的。为确保产品质量，在调质处理前进行了退火处理，以获得较为平衡的组织状态，从而抑制组织遗传，消除混晶和粗晶组织。关键词：35CrNi3MoV钢，组织遗传，混晶中图分类号:文献标识码:Mixedgrainof35CrNi3MoVsteelandpreventivemeasureYangHui1,LiuZhong-chang1,WangYu-feng1,HuYong-ping2,WangRong-mei2(1.MaterialSchool,UniversityofScienceandTechnology,InnerMogolia014010,China2.NorthHeavyIndustryGroupBaotouInnerMogolia014030,China)Abstract:Bigforgingsof35CrNi3MoVsteeloftenproducemixedgrainappearancesafterannealingtreatmentandquenching-and-temperingtreatment,andmechanicalpropertiesof35CrNi3MoVsteelareseriouslyaffected.Thestudyshowthatmixedgrainappearancesarecausedbystructuralinheritance.Tomakesurethequalityofproducts,annealingtreatmentsareoperatedbeforequenching-and-temperingtreatment,inordertogainbalancestructurestocontrolstructuralinheritanceandeliminatemixedgrainandcoarsegrainstructures.Keywords:35CrNi3MoVsteelStructuralInheritancemixedgrain35CrNi3MoV是一种合金结构钢，由于其具有良好的综合机械性能，可用其制造坦克炮的身管。但是在实际生产中，往往由于锻造以及热加工工艺不当而造成混晶和晶粒粗大等问题，降低了钢的韧性，产品质量不合格。本文研究了35CrNi3MoV大锻件在退火和调质处理后产生的混晶、粗晶现象。指出了混晶原因，提出了防止混晶的工艺措施。1试验用钢及方法试验用钢采用内蒙古北方重工集团特殊钢厂冶炼、锻造的35CrNi3MoV大锻件，其化学成份如表1所示。表135CrNi3MoV钢的化学成份（wt%）Table1Chemicalcompositionof35CrNi3MoVsteel应用金相分析法与现场实际生产试验相结合的方法进行分析与研究。CSiMnCrNiMoV0.350.250.351.353.100.350.2022生产工艺及混晶组织35CrNi3MoV钢坦克炮身管，直径为335mm，长为6530mm。坦克炮身管是坦克炮火力系统的关键环节，其机械性能的高低直接影响坦克炮的战技指标，其机械性能要求如表2所示。其生产工艺路线为：炼钢→铸锭→锻造→去氢退火→钻孔→正火→调质→精加工；其中，在锻造过程中，锻压比为3；锻后需要进行去氢退火，工艺如图1所示。表235CrNi3MoV坦克炮身管的机械性能要求Table2Therequestofmechanicalpropertiesofthebarreloftankmadeof35CrNi3MoV去氢后进行机械加工，最终热处理为正火＋调质处理。调质后进行金相检验时发现调质处理后的晶粒度不均匀，有混晶现象，如图2所示，晶粒度级别为：4级约占70%，8级约占30%。由于混晶现象，各项机械性能指标均不能满足坦克炮身管的使用要求。图135CrNi3MoV钢的热处理工艺流程Fig1Theheattreatmenttechnologicalprocessof35CrNi3MoVsteelσ0.1(Mpa)ψ(%)-40℃AKV(J)1173～1310≥46≥253图235CrNi3MoV钢调质处理后的混晶组织Fig2Themixedgrainstructureof35CrNi3MoVsteelafterquenching-and-temperingtreatment3混晶的原因产生混晶的主要原因是组织遗传，将粗晶有序组织加热到高于Ac3,可能导致形成的奥氏体晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向，这种现象称为钢的组织遗传〔1〕。如前所述，35CrNi3MoV钢在去氢退火之前要进行锻造加工。在实际操作中停锻、停轧温度多在900℃以上，所以锻后晶粒较为粗大，得到贝氏体＋马氏体＋残留奥氏体的整合组织。在随后的去氢退火处理中，如图1所示，以这种粗大的非平衡组织加热奥氏体化，在860℃进行重结晶，加热时间较长，新形成的奥氏体晶粒会继承原始粗大的晶粒。图335CrNi3MoV钢去氢退火后的粗大晶粒Fig3CoarseGrainsizeofof35CrNi3MoVsteelafterdehydrogonannealing粗大的奥氏体晶粒经过空冷，冷却到350℃，目的是正火细化晶粒。但是，由于该钢属于贝氏体钢，在350℃等温时，粗大的奥氏体晶粒经过空冷，得到了粗大的贝氏体组织，再重新加热到640℃保温脱氢，虽然氢的含量可以降低到1.8×10－4以下，不会产生白点〔2，3〕，但组织仍然较为粗大，而且还保留着贝氏体条片的方向性，贝氏体铁素体并没有再结晶，观察确认为回火托氏体组织。如图3所示。再以此种有序的方向性明显的粗晶组织进行正火，又一次得到粗大贝氏体组织。接着进行调质50μm0.1mm原奥氏体晶界4处理，将粗大的贝氏体组织加热奥氏体化，则造成组织遗传。在加热保温过程中，将回复原来粗大的奥氏体晶粒。由于大锻件加热保温时间过长，奥氏体晶粒发生了异常长大现象，大晶粒吞噬小晶粒，结果是造成了混晶，如图2所示。出现混晶时，降低了钢的韧性，危害严重，应予以消除。4消除混晶的方法合金钢的组织遗传在生产实践中较为常见，钢的合金化程度越高，加热速度越快，越容易在钢中出现组织遗传性，而且原始组织是影响组织遗传的重要因素，通常原始组织为贝氏体组织遗传性较强，为此必须将原始的非平衡组织转变为平衡组织〔4〕。本次试验采用完全退火工艺，于820℃短时奥氏体化，然后于640℃等温，得到铁素体＋珠光体的整合组织，如图4所示。这种经过相变重结晶的平衡组织破坏了组织遗传的可能性。试验检测，退火后的原奥氏体晶粒度级别大约为6～8级。以此种组织再进行调质处理，就会得到较为细小的回火索氏体组织。工业试验表明，采用完全退火、不完全退火、A1温度稍下的高温回火等工艺后，获得了平衡组织，阻断了组织遗传性。大锻件经过调质处理后，原始奥氏体晶粒显著细化，晶粒度大约为9级，如图5所示，消除了混晶和晶粒粗大的现象。性能检验表明，产品各项的性能指标合格。经过完全退火＋调质处理后，35CrNi3MoV钢各项机械性能指标如表3所示。表335CrNi3MoV钢的机械性能Table3Mechanicalpropertiesof35CrNi3MoVsteel图435CrNi3MoV钢的退火组织Fig4Annealingstructureof35CrNi3MoVsteelHRCσ0.1(Mpa)σb(Mpa)δ(%)ψ(%)-40℃AKV(J)41125013751246305图5调质后的原奥氏体晶粒度（9级）Fig5GrainSizeofprimaryafterquenching-and-tempering4结论（1）35CrNi3MoV钢大锻件去氢退火后组织粗大，正火＋调质后出现混晶，质量不合格。（2）混晶是组织遗传造成的，为杜绝混晶和晶粒异常长大，必须将非平衡组织转变为平衡组织，再进行最终热处理。（3）将大锻件进行完全退火、不完全退火或A1稍下保温的高温回火，完成再结晶，可以避免混晶现象。6参考文献1.戚正风.金属热处理原理.机械工业出版社.1987，34～362.刘宗昌，杨慧，李文学，胡永平，崔玉军，去氢退火工艺设计及应用，金属热处理，第28卷，NO3,51~53.3.刘宗昌，张羊换，麻永林，冶金类热处理及计算机应用，冶金工业出版社，1999.66～754.刘宗昌，任慧平，宋义全，金属固态相变教程，冶金工业出版社，2003，45～607作者简介：杨慧，（1971－），女，山东文登人，硕士，毕业于内蒙古工业大学材料学院，讲师，从事金属材料及热处理工艺的教学与科研工作，参加并完成多项内蒙古科技厅、包头市科技局科研攻关项目，其中两项已通过内蒙古科技厅组织的专家鉴定。