天津大无缝钢管厂40CrNiMo热处理工艺

天津大无缝钢管厂环形轨道是使电铲回转的关键部件之一。以前其备件是从美国进口的，使用期18个月。自从我厂生产环形轨道以来，经过工艺的不断改进，使其使用寿命达到用户要求，符合该铲性能要求。
1环形轨道失效分析
　　天津大无缝钢管厂早期环形轨道的制造工艺是：调质(HB255)精加工—表面淬火+低温回火，淬硬层厚1.5～20mm，在使用过程中淬硬层易脱落，承受不了设备重载产生的塑性变形，负载下易产生龟裂。该轨道板表面硬度为HRC50以上，而心部硬度为HB200～250，工件的抗过热性能较差，使用中易出现磨损，当局部范围产生过热量时，易造成掉肉。
2环形轨道材质的选择
　　选择40CrNiMo，属于低合金中碳超高强度钢。
　　该材质经处理后具有良好的综合机械性能，cr、Ni、等合金元素的加入使其淬透性较好并使铁素体的强度和韧性得到提高；Mo、Cr等碳化物形成元素的加入，可阻止奥氏体晶粒长大，提高钢的回火稳定性，在使用中能有一定的冲击抗力和断裂韧性，高的疲劳强度满足环形轨道对材质性能的要求。
3环形轨道采用的工艺流程
　　天津无缝钢管厂环形轨道工艺流程路线如下：锻造(外锻)—正火—粗加工—调质工—等温淬火。
4环形轨道的热处理
　　根据对环形轨道的工作状态的受力分析材质性能要求等因素，将热处理工艺加以在调质前加一次正火处理，用等温淬火代替淬火+低温回火。
4.1在粗加工前的正火处理
　　天津钢管厂利用通用成熟正火处理工艺对40CrNiMo进行正火处理。由于该钢种是低合金钢，为减小正火产生的应力，附加回火处理。
说明：
(1)环形轨道一般采用低温人炉，控制升温速度进行分段预热。在600～650℃以下，升温速度宜控制在50～100℃／h，高于600～650℃时可控制在80～120℃／h，在铁素体一奥氏体相变温度范围内，则应尽可能快的加热。在600～650℃保温1次(预热)，时间1～2h，根据铁—碳平衡相图，等温转变曲线，确定奥氏体化温度为870℃；
(2)正火工艺要点：加热温度要足够高，要求得到均匀单相奥氏体组织，工件透热均温后再于空气中自然冷却；
(3)正火的目的：细化晶粒，消除内应力，改善钢的切削加工性能，同时也可消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀性。为降低正火后的硬度和消除内应力，得到良好的机械加工性，还应进行附加回火，回火后硬度HB≤2294.2在精加工前的调质处理
调质热处理工艺类似正火处理说明：
(1)调质和正火曲线的区别在于淬火冷却介质选择不同，调质淬火冷却介质为油。因为合金元素的影响，使其具有良好的淬透性，油淬使其冷却速度减小，从而减小形变应力，防止开裂。同时也能达到工件使用中要求的强度、硬度和耐磨性的较好配合，处理后的硬度HB230-260；
(2)淬火后及时清洗，防止零件腐蚀开裂，要经常校正车间的仪表和热电偶。淬火加热时要涂保护涂料，烘干后(100—200℃)方可升温；
(3)调质目的：机体中已基本消除残余应力，组织为索氏体，使钢具有良好的综合机械性能。
4.3精加工后的等温淬火
等温淬火是新工艺过程的重要环节说明：
(1)等温淬火使用的热盐浴温度是下贝氏体相变温度范围，该温度可保证工件心部和表层冷却速度都大于其临界淬火冷却速度，由钢的等温转变曲线确定其盐浴温度为220～240℃；
(2)等温时间的控制：要求保证工件各处的温度均匀，又能基本上保证过冷奥氏体完全转变为贝氏体组织，使其从盐浴中取出后的冷却方式不影响其性能，可用空冷；
(3)等温盐浴为硝盐浴：50%KNO3+50%NaNO2熔点为220℃，使用温度为250～500℃。等温处理后要用热水冲洗；
(4)等温淬火目的：处理后得到下贝氏体组织，使该轨道板在静载荷下有较低的缺口敏感性和裂纹敏感性，在交变载荷下有较低的疲劳缺口敏感性，同时使其抗冲击、强度、硬度满足工作需要。
5结语
(1)装炉时各轨道之间要有空隙，变形要小于或等于1；
(2)电铲环形轨道等温淬火的最佳方案：加热至850℃奥氏体化，在220—240℃进行等温淬火，等温停留90min，出炉要用热水清洗；
(3)每组环形轨道使用寿命达到用户要求，简化了处理工艺，有明显的经济效益；
(4)等温淬火处理工艺的采用，使环形轨道板抗过热能力较强，淬火层较深且不易脱落，使其综合机械陛能提高，寿命延长。