锅炉吊杆用钢35CrMoA热轧调质材组织问题

陈金富 刘占东 崔 波

(东北特钢集团技术中心北满分中心，黑龙江161041)

吊杆是将锅炉本体部件悬挂于锅炉顶梁部位的重要承重受力部件，承受载荷60 000 N，工作温度400～600℃，主要材质有35CrMoA、12Cr1MoVG、42CrMo5—6等钢种[1]。

北满特钢生产的35CrMoA热轧调质材采用了90 t超高功率电弧炉冶炼、连铸、连轧、热处理的生产工艺。该热轧材经调质处理后力学性能满足技术要求，但组织中出现总量近30%的铁素体、珠光体及贝氏体。切取不同状态下的35CrMoA试样进行试验分析，找到了出现混合组织的主要影响因素，为制定合理的调质工艺提供了依据。

1 试验内容

35CrMoA钢的化学成分见表1。任意切取炉号为09313010460，规格为∅80 mm轧制后冷床空冷的35CrMoA试料进行如下试验：热轧状态下组织检测、正回火组织检测、调质组织检测及力学性能试验。

2 试验结果

2.1 热轧空冷、正回火、调质状态下，35CrMoA各试样金相显微镜下的显微组织见图1～图6。

2.2 35CrMoA钢20 mm处不同组织状态下的力学性能见表2。

3 分析讨论

由试验可知, 实际生产采用罩式炉或抽底炉，装炉量小于15 t，入水时间(3～6)min，水温20℃，在力学性能满足技术条件的情况下，仍有大量的条状铁素体及珠光体、贝氏体组织。化学成分中各主要元素按中限控制，这样在满足强度的条件下，可获得较好的塑韧性。

由35CrMoA改型连续冷却转变曲线[2]可知，35CrMoA空冷的淬透层深度为0.5 mm，水冷也仅为20 mm。从表及里，铁素体含量逐渐增加，但20 mm处未得到100%索氏体。由此可见35CrMoA的淬透性较低。

表1 35CrMoA化学成分(质量分数，%)Table 1 The chemical composition of 35CrMoA(mass fraction, %)

图1 热轧空冷20 mm处组织 图2 正回火表面处组织(铁素体占54.17%)500× (铁素体占43.53%) 500×Figure 1 The structure at 20 mm(54.17% of ferrite) Figure 2 The structure at surface(43.53% of ferrite) after hot rolling and air cooling after normalizing and tempering

图3 正回火20 mm处组织 图4 调质处理表面处组织(铁素体占45.90%) 500× (铁素体占0.70%) 500×Figure 3 The structure at 20 mm(45.9% of ferrite) Figure 4 The structure at surface(0.70% of ferrite) after normalizing and tempering after normalizing and tempering

图5 调质处理10 mm处组织 图6 调质处理20 mm处组织(铁素体占6.53%) 500× (铁素体占12.07%) 500×Figure 5 The structure at 10 mm(6.53% of ferrite) Figure 6 The structure at 20 mm (12.07% of ferrite)after normalizing and tempering after normalizing and tempering

表2 不同组织状态下力学性能Table 2 The mechanical property under different structure state

通过对比分析可见：正回火虽然与热轧空冷的铁素体量基本相同，但具有更高的塑韧性。这是由于随着温度梯度的增加导致形成的珠光体片层间距小，块状铁素体较小造成的。对于35CrMoA低淬透性钢来说，无论组织、力学性能均无法采用控制轧制、控制冷却进行在线热处理，也不能用正回火代替调质处理。从多炉检验结果来看，在调质后强度满足要求的条件下，若铁素体含量在20%以内，冲击功均能达到100 J以上。较好的强度、塑韧性配合取决于剩余索氏体组织及回火温度的设定。

4 解决措施

(1)C、Mn、Cr、Mo均为提高淬透性的元素，各元素按中上限控制，可使珠光体、贝氏体转变曲线右移，降低临界冷却速度。35CrMoA是亚共析钢，奥氏体向珠光体转变，先析出相为铁素体，降低冷却速度即提高奥氏体的稳定性，增加珠光体转变的孕育期，减少铁素体析出量。

(2)提高加热温度及保温时间，使轧后空冷析出的大量铁素体熔解形成单一的奥氏体组织。

(3)缩短入水时间，避免因外层料及端部降温速度快而进入珠光体转变区，析出先共析铁素体。

(4)降低水温至20℃以下。水温对冷却能力影响较大，18℃水高温区冷却能力H=1，而50℃水高温区冷却能力H=0.17。冷却能力降低会增大料横截面层与层之间的温度梯度，使材料梯次进入珠光体、贝氏体、马氏体转变区，形成混合组织。

[1] 阎承沛.典型零件热处理缺陷分析及对策.北京：机械工业出版社，2008，133.

[2] 中国机械工程学会热处理分会，热处理工程师手册.北京：机械工业出版社，1999，211.