时效退火对碳结钢强度性能的影响

范 丽

(东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司， 黑龙江 齐齐哈尔 161041)

冷拔材类碳结钢的优势是精度高、机械性能高，广泛用于汽车行业等领域，该品种冷拔材力学性能要求严格，与普通的碳结钢相比具有较强的抗拉强度,而且屈服强度、 断后伸长率、硬度等性能指标值都高于国家标准。生产过程按常规工艺路线进行退火、矫直、拉拔、抛光后的强度指标可以达到550 MPa以上。许多用户为提高工件的使用寿命需要较高性能的钢材。通过提高原材料加工成品前的减面率能使性能指标达到720 MPa左右，特别是抗拉强度达到750 MPa以上。按以往的工艺路线，生产的成品抗拉强度最高达到700MPa左右，为生产高机械性能抗拉强度735～900MPa,屈服强度≥430 MPa,断后伸长率≥7%,硬度HB210～HB265的产品。如冷拔材C45R我们对两种成品规格φ21.5mm和φ19mm进行了生产检验、试验最终确认最佳生产工艺路线，使该批合同两个规格料顺利进行，合格上交达到用户要求。

1 工艺试验

1.1 工艺试验一

将直径φ21.2mm的钢棒磨削到φ20.6mm，再拔制到直径φ19mm。

表1 冷拔变形后检验本体性能结果(试验一)

1.2 工艺试验二

将直径φ23.65mm的钢棒磨削到φ23.2mm，再拔制到直径φ21.5mm。

表2 冷拔变形后检验本体性能结果(试验二)

2 热处理

经过以上试验，加工后的样件虽然表面、尺寸精度较为理想但性能指标远未达到要求。为了提高强度指标我们继续进行了2炉正火处理。

2.1 工艺试验一

工艺温度：850℃正火，数量：2炉。将正火处理后钢棒按装炉的上下、左右及中间位置并取两组10块试样编好序号，按原工艺进行分别拉拔到φ21.5mm和φ19mm两种规格，经冷拔变形后检验本体性能结果：抗拉强度907～923MPa之间；收缩率47%～45%;伸长率10.5%～9.5%；硬度HB265～HB273； 强度指标均高于900MPa，相应的硬度也超出范围要求。

2.2 工艺试验二

工艺温度260～300℃。将加工到φ21.5mm和φ19mm两种规格的钢棒各取10块试样按编号装进小炉进行时效试验，将冷拔变形后具有亚稳定的组织的钢材，加热到某一温度下进行保温：试样时效(270±10)℃，保温1h空冷后抗拉强度为：750～768 MPa；收缩率:42%～44%，伸长率:11%～12% 硬度HB225～HB230之间。

经试样小炉时效退火后，试样全部达到合格。由于小炉试样与生产用的批量装炉存在装炉量、透烧效果的不同，因此在实际生产中根据长期的生产经验及设备的保证能力对退火温度进行了稍加变动，退火工艺调整到300℃空冷。工艺热处理曲线如图1。升温到设定温度后按要求保温。

图1 热处理曲线

按上述工艺生产的类碳结钢的硬度由HB179～HB187提高到HB235～HB251。抗拉强度达到832～851MPa，取样合格。

3 结语

对冷拔变形后的钢材，经时效热处理后加热到一定温度下进行保温。由于冷拔变形后的钢材具有亚稳定的组织，在某一温度下，钢材的机械性能和物理性能等随着保温时间的延长而发生变化，而且钢的组织并无显著的变化，以达到改善机械性能、稳定钢材尺寸和形状的目的。冷拔钢材实效后强度提高，可以认为是钢材内部铁素体中分解出来的渗碳体及氧化物等微小的粒子强化了钢材所致。关于时效处理温度，可根据具体情况生产过程中的装炉配炉及钢种等有的采用200～300℃或380～400℃时效处理，也有采用更高温度的。当钢材进行热处理时为了方便也可将同一热处理制度热处理的钢材进行同炉处理，通过取代表性的试样检验，其各项机械性能硬度和钢材的显微组织，进行分析不断改进从而获得用户需要的产品。