40CrNiMo核电轴热处理工艺研究

杨 迪 李晓宏

(沈阳铸锻工业有限公司，辽宁110142)

40CrNiMo核电轴热处理工艺研究

杨 迪 李晓宏

(沈阳铸锻工业有限公司，辽宁110142)

按照40CrNiMo核电轴截面大小分类，制定有针对性的热处理工艺，最终提高了产品合格率。

40CrNiMo；热处理工艺；力学性能

核电设备及其配套设备制造技术含量高，附加值高，市场潜力大。积极攻克核电件生产中的问题，提高其性能质量对公司的发展具有重要意义。

1 准备工作

1.1 工件介绍

材料40CrNiMo，直径90～360 mm，长度300～1885 mm，单重24～1520 kg。此批次工件数量较多，长短粗细不一，每个工件无论大小，均要求检验力学性能。用户要求同时执行图纸中技术要求、核电件采购技术要求和国家现行技术标准。性能和硬度同时满足要求，最重要的是达到较高的性能值，尤其是冲击韧性，高于国内现行通用标准JB/T 6396—2006，具体比较见表1。

在低温环境下钢材的脆性增强，冲击功随着温度的降低而减小，同种材料的试样V型缺口与U性缺口相比，应力集中程度大，容易变形和断裂，冲击功较小。本批次工件截面直径范围宽，最小90 mm，最大360 mm，越厚大截面冷却效果越差，冲击功越不容易达到。在这些条件下0℃KV≥40 J远比20℃KU≥66 J不容易达到。

表1 力学性能要求比较Table1 Mechanical property comparison

1.2 工艺制定

按照传统方法，要达到这个硬度可采用淬火+回火的方式。但是低温回火件的低温冲击韧性不好。对比以往处理过的此种材料的轴类工件，普通油冷方法不能达到表中的性能。经过研究决定采用双液淬火，快速冷却后转缓慢冷却。快速冷却获得细小的马氏体组织，提高淬火硬度后，适当提高回火温度的方式获得高的冲击。工艺曲线如图1所示。

2 调质热处理

2.1 生产要求

(1)核对客户提供的所有资料，包括合同、图纸、采购技术要求、质量计划等，找出每个零件对应的性能值和检验要求，发现问题及时与客户沟通。

(2)按截面大小和性能不同分类，分别制定工艺。根据不同工件的具体情况，确定冷却时间和回火温度。

(3)工件来到现场时，及时核对编号、数量、炉次、牌号等相关信息。检查有无明显缺陷，加工是否存在尖角，棱角是否需要倒圆。准确测量每件尺寸，核对图纸计算余量大小。

(4)相近截面装同一托盘，件与件之间留出适当间隙。淬火时要有专职人员，准确控制冷却时间。

图1 工艺曲线Figure 1 Process curve

图2 改进工艺曲线Figure 2 Improved process curve

2.2 检验结果

力学性能检验结果见表1。

表1 力学性能检验结果Table 1 Test result of mechnical property

经过几个炉次的处理，从检测结果可以看出，小截面合格率较好，150～250 mm截面合格率就明显降低，250～360 mm截面合格率非常低。工艺需要进一步改进。

3 改进工艺

此批次40CrNiMo工件大多是轴类件，形状规则，尺寸均匀。轴的截面尺寸相差较小，较大截面轴没有台阶。为了有效提高冲击性能，需要进一步加强冷却。200～250 mm截面采用适当延长快速冷却时间和增加摆放间距的方法。针对250～360 mm截面轴，决定采取水冷→空冷→水冷，与客户沟通后先投制1件试块，尺寸与最粗截面轴相同，尺寸为∅360 mm×380 mm。

采用水冷。降低入炉温度，分阶段控制升温速度，使工件受热均匀，减小应力。降低快速冷却时的风险。具体工艺见图2，检验结果见表2。

工艺改进后，性能有明显改善，冲击性能显著提高，能达到客户的要求。

为了减小40CrNiMo轴水冷开裂风险，把所有倒圆角工序变成加工光滑圆角。应用改进工艺投入实际生产后结果如表3所示。

表2 试块性能检验结果Table 2 Performance test result of test block

表3 实际生产结果Table 3 Actual production results

4 结论

(1)根据截面大小不同，把工件分成3个类型，根据每个类型的特点分别制定有针对性的工艺方法，能达到较好的力学性能，提高一次交检合格率。

(2)粗大截面的轴类工件，受冷却速度的影响，冲击功比小截面工件低。满足以下条件：形状规则，尺寸均匀，无较大截面差，端头和所有加工棱角处均采用加工圆角。可以延长快速冷却阶段的时间，必要时采用快冷→空冷→快冷交替进行，减小温差，减小应力。采用这些方法能有效提高整体力学性能，满足超标准要求。

[1] 李如学，王瑞雪，聂海滨，等. 改进调质工艺提高顶驱旋塞阀阀体低温冲击性能[J]. 金属热处理，2013，38(5)：112-114.

[2] 蔡铁庄，王文. 提高调质钢锻件冲击韧性的工艺试验[J]. 大型铸锻件，2009(3)：6-9.

[3] 金荣植. 齿轮热处理常用淬火冷却介质的选择及应用[J]. 金属加工(热加工)，2013(9)：20-27.

编辑 杜青泉

Study on Heat Treatment Process of 40CrNiMo Nuclear Power Shaft

YangDi，LiXiaohong

According to the classification of section size of 40CrNiMo nuclear power shaft, work out a targeted heat treatment process and finally improve the product qualification rate.

40CrNiMo, heat treatment process, mechanical property

TG156

B

2017—02—21

杨迪(1980—)，男，主要从事热处理工艺研究与设计工作。