淬火温度对25MnV钢组织性能的影响分析

吴学林，李正嵩，练 昌，江金东，魏福龙

（首钢水城钢铁（集团）有限责任公司，贵州 六盘水 553000）

在煤矿井下机械化采煤设备中，矿用圆环链是其中的重要构件，它通常用于刮板输送机和刨煤机上的传动链，一般承受较大的轴向拉伸应力，并且会受到不同程度的磨粒磨损和动态载荷作用。25MnV钢是矿用圆环链的专用钢材，需要通过淬火、回火等工艺处理后获得含碳量较低的马氏体组织，从而具备更优异的强度和刚度。掌握淬火温度对25MnV钢的组织性能影响，对于提升圆环链淬火技术，改善钢材的质量，解决钢材的制造成本意义十分重大。因此，文章重点探讨了淬火温度对25MnV钢组织性能的影响。

1 25MnV钢试制取样工艺

1.1 炼钢工序

表1

1.2 轧钢工序

关于通条尺寸取样测量试样，在矿用圆环链用热轧圆钢25MnV尺寸调整合格后取2支钢坯轧制的头、中、尾定尺进行标识，其中头、尾分别单独剪切便于取样。头、中和尾具体取样如：头部样：4支，取头部倍尺的最后四刀定尺。中部样：2支，取样中部倍尺中随机抽取。尾部样：4支，取尾部倍尺的头四刀定尺。

为了降低不同测量人员产生的误差，尽可能确保同一支定尺由同一个人对不圆度测量并记录。每支定尺测量3个点不圆度分别为：定尺两端距剪切端点约500mm处，中间位置共3个点。

2 淬火温度对25MnV钢组织性能的影响

文章选用25MnV钢为研究材料，并对其进行热轧+空冷的预处理措施，在常温下显微组织为珠光体和铁素体，刚度大约为17.5HRC，变形强度大约为743MPa。在进行实验过程中，淬火和回火的温度以及保温时间设置为固定值，采用的不同淬火温度有870、890、910、930、950℃，并对该钢材做热处理。采用直径18mm×22 mm的尺寸样品以及直径D=10mm且长度L=50mm的拉伸样品。为了避免外界因素对试验的干扰以及确保实验结果的准确性，在每个淬火温度点进行3次强度试验和拉伸试验，并对试验结果取平均值作为其力学性能实验的最终结果。

图1 25MnV钢淬火温度与力学性能的关系

2.1 淬火温度对25MnV钢力学性能的影响

将淬火温度分别设定为 870、890、910、930、950 ℃，回火温度550℃，经过30 min的淬火保温时间和回火保温时间，并在箱式电阻炉中进行钢材的淬火加热处理，进行水淬；同时回火处理也在箱式电阻炉中进行回火操作。经过一段时间的保温后，进行空气冷却，热处理后布洛维光学刚度计上测量钢材的刚度，并在万能材料试验机上对钢材进行轴向拉伸强度试验。根据图1中的数据可以看出，淬火温度对25 MnV钢的强度和刚度的影响规律与实验温度范围相似，首先当淬火温度的升高时，钢材的强度和刚度都升高；当淬火温度达到最大值910℃之后，强度和刚度将不随淬火温度的升高而升高，反而呈现降趋势。

2.2 淬火温度对25MnV钢晶粒度的影响

当淬火温度的升高时，25MnV钢的奥氏体晶粒尺寸缓慢增大。根据相关理论可知，奥氏体晶粒的增大速率与加热温度之间遵循如下的物理关系：

式中：V表示奥氏体晶粒的增大速率；D表示不为零的正数；Q表示材料活化能；R代表玻尔兹曼常数；T表示材料的加热温度。因此，当淬火温度升高时，晶粒原子扩散的活化能Q降低，并且晶粒的增大速率V会升高，奥氏体晶粒尺寸逐渐增大。

2.3 淬火温度对25MnV钢组织的影响

当淬火温度为870℃时，钢材的组织以马氏体为主，同时还会有一部分的铁素体存在；当淬火温度为910℃时，钢材组织都为马氏体；之后由于淬火温度的逐渐升高，在950℃时，钢组织的变化异常明显。从具体实验可以了解到，经过910℃淬火后的25MnV钢可以具备最优的强度和刚度。这主要是由于：首先，当加热温度不断升高时，钢材中的铁素体会全部地溶解在奥氏体中，使得经过淬火的钢组织变为马氏体；而且，钢材中的合金碳化物得到了分解，其中的碳、锰等元素加快在马氏体中的溶解速度，从而增强了钢材的固溶强化效果，这两方面的原因使得钢材的强度和硬度得到了改善提高。另一方面，由于淬火温度的逐渐升高，奥氏体晶粒迅速增大，形成了更加粗大的马氏体，这导致了钢材的强度和刚度发生降低。

3 25MnV钢试制中存在的问题和改进措施

3.1 25MnV钢试制中存在的问题

（1）炼钢工艺控制基本正常，但存在开浇铸坯火焰不正常，手动切割出现短尺的现象，影响了生产成本。

（2）轧钢第一次试制，轧制程序表料型与实际红坯料型偏差大，同时堆钢5支，导致调整时间长，检废多约14.4吨。

（3）成品孔前的活套调节不好，导致头部3-4刀倍尺出现扁钢，不圆度超过0.4mm，从而产生较多非尺产品。

（4）成品机架轧辊装配精度达不到要求，出现错辊产生约4吨废品。

3.2 25MnV钢试制的改进措施

（1）炼钢工序注意成本控制，力争合金消耗与标准成本一致，同时避免出现短尺废品。

（2）收集本次轧制参数和料型控制数据，固化操作规程，降低开轧调整时间。

（3）下次轧制时将所有的活套进行调整处理，保证成本尺寸稳定。

（4）本次轧制K2孔使用平底椭孔型，K1使用菱形孔到位，这都对成品尺寸产生一定影响，下次轧制时将K2孔改进使用圆弧椭，K1进口使用圆弧导辊等措施后再跟踪成品尺寸稳定情况。

4 结语

综上所述，根据以上分析研究可看出：首先，在给定的淬火温度试验中，随着淬火温度的升高，25MnV钢的强度、刚度在温度达到910℃之前都会随之相应地增大，当温度达到910℃后，钢的刚度、强度将不再随淬火温度的升高而增大。其次，通过淬火处理后，25MnV的组织主要为马氏体，有时会存在少量的铁素体；最后，随着淬火温度的升高，25MnV钢的奥氏体晶粒尺也会发生相应的变化。另外，文章还对25MnV钢的试制工艺及其中存在的问题和改进措施进行了研究，以期提高钢材的质量。