Q420qD起重吊钩的工艺优化

梁涛，辛永木

Q420qD起重吊钩的工艺优化

梁涛，辛永木

【摘要】Q420qD材料是起重吊钩用钢，属低碳合金钢。按照标准规定热处理为锻后正火+回火或调质。在我们生产实践过程中，工件正火+回火处理后检测连体试棒时有力学性能不合格现象。选用调质处理进行试验，获得的综合力学性能比正火+回火要高很多，这是由于在调质过程中，工件表层发生索氏体转变，而内层比正火的珠光体转变组织要细小，从而细化晶粒，使工件力学性能得到提高，满足了使用要求，提高了起重吊钩的使用安全系数，因此生产中我们优选热处理工艺为调质。

我公司生产的S级起重吊钩，按GB10051—2010《起重吊钩》标准规定，选用Q420qD吊钩专用钢，其化学成分符合GB/ T 714—2008《桥梁用结构钢》（见表1），Q420qD中wMn=1.0% ～1.7%。参照《中国材料工程大典，第2卷，钢铁材料工程（上）》中表6.1-1，按化学成分划分为非合金钢、低合金钢、合金钢，可将其归到低合金钢类，属于低碳低合金钢系列。

该产品吊钩有效尺寸为100m m（见图1），按G B/T 10051—2010《起重吊钩》中规定的S级（材料选Q420qD）锻造生产，采用正火+回火或调质。主要工艺流程为：锻造→粗加工→热处理→精加工。热处理技术要求：连体试棒距外表面r/3处取纵向试样，屈服强度ReL≥410MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，断后伸长率A≥19%，断面收缩率Z≥50%，-20℃冲击吸收能量KV2≥47J。

1. 热处理方法

针对标准GB/T 10051—2010中规定的该钢种制作的吊钩热处理状态为正火+回火或调质态，分别对其进行工艺试验，优选热处理工艺。工件经920℃正火空冷+550℃回火后检测连体试棒的力学性能，由于正火冷却速度受气候及出炉后的摆放等因素影响，工件的力学性能数据很不稳定，其中屈服强度数值刚刚达到技术要求，且时常出现屈服强度检测结果稍低于要求的情况，易产生不合格品（见表2）。

据《金属材料缺陷检测实例及缺陷金相图谱》介绍，屈服强度低的原因与工件淬火后的硬度和回火后的硬度都有关系，特别是淬火硬度对屈服强度的影响很大。按照这一思路，Q420qD吊钩加热后，加大冷却速度会影响工件的屈服强度，因此我们初步推断正火空冷与调质相比较，采用调质处理会显著提高工件的力学性能。

图1　热处理时工件示意

表1　Q420qD 化学成分（质量分数）（%）

我们知道，工件冷却速度越快，奥氏体转变过冷度越大，转变产物组织越细小，工件就会得到更好的性能。当低碳钢工件尺寸在100mm左右时，受尺寸效应的影响，当工作环境温度较高及

工件摆放紧密时，工件正火冷却速度（尤其是工件内层）就会降低，正火时析出大量的块状铁素体，从而影响工件的力学性能。

许多资料中对低碳合金钢的强韧化都有详细的论述，低碳合金钢直接淬火获得低碳马氏体，低碳马氏体具有高强度、高韧性相结合的综合力学性能，低碳钢进行低碳马氏体强化是发挥其强韧性潜力的有效途径，淬火后获得低碳马氏体，再经高温回火获得索氏体组织，大大提高了工件的塑性和韧性，从而使工件获得良好的综合力学性能。

结合上述分析，我们对该产品进行调质处理的工艺试验。调质处理工艺过程如图2所示，920℃保温奥氏体化后用10%盐水冷却，520℃回火出炉水冷，将工件的表面硬度控制在28～32HRC，在吊钩连体试坯上，距外表面r/3处按技术要求取纵向力学性能试样，检测结果见表2所示。

2. 试验结果

由表2可见，经调质处理后，Q420qD材料的屈服强度平均值比正火处理高145MPa（屈服强度提高了36%），抗拉强度也相应得到了提高。经两种工艺试验结果对比可见，调质后工件强化效果十分显著，从而提高了工件使用的安全系数。

提高钢的强度、韧性等主要通过控制钢的化学成分、显微组织形态、固态形变和晶粒细化等来实现，其中晶粒细化是强化、韧化综合效果最好且消耗资源最少的技术措施。本文中所述吊钩调质过程中，淬火冷却介质采用10%盐水，淬火时工件表面及内层冷却速度相比正火冷却速度大大提高，且冷却速度受环境温度影响小，此时工件内层由奥氏体转变的组织析出铁素体量减少，共析体变细（相比于工件采用正火工艺），产生的淬火组织细小，再经高温回火后得到细小均匀的调质组织，从而对工件产生强化作用，提高工件的力学性能。

3. 结语

在生产实践中，我们针对两种热处理工艺进行了多炉次的工艺试验，经对比后优选调质作为Q420qD吊钩的热处理工艺，使工件表面硬度提高，表面耐磨性优于正火处理的吊钩，取样部位（工件内层）由于得到细小的组织，综合力学性能比正火处理要高，调质工件的整体安全性能优于正火+回火的工件。

相比于正火工艺，采用调质工艺大大提高了热处理合格率，杜绝了热处理返工现象。

参考文献

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[2] 干勇，等.中国材料工程大典，第2卷，钢铁材料工程，上册[M].北京：化学工业出版社，2006：295.

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[4] 郝清月.金属材料缺陷检测实例及缺陷金相图谱[M].北京：中国知识出版社, 2006：383.

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[6] 潘健生，胡明娟.热处理工艺学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[7] 马鹏飞，李美兰.热处理技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

图2　调质工艺曲线

表2　力学性能检测结果对比

20150114

作者简介：梁涛、辛永木, 巨力索具股份有限公司。