36NiCrMo16锻后硬度控制工艺研究

邓双丰

(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

近两年来，国内某锻件供应商承接的36NiCrMo16材料锻件，钢锭开坯锻造为棒类等锻件进行炉冷后，硬度较高且不均匀，有些硬度高于400HBW，有些硬度低于300HBW，经过锻后热处理(等温退火或正火加回火)后硬度仍然没有降下来，给后续粗加工带来困难，无形增加了加工成本，并延长了交货周期。为了解决该材料锻后硬度问题，特进行工艺试验研究，为后续生产实践提供参考。

1 试验过程

1.1 原材料选择

选用的棒材锻件的原材料化学成分见表1，检测值满足要求。

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements (mass fraction,%)

1.2 制造流程

工艺试验用料按照锻造工艺锻造8件锻件，分别标识为1#～8#，8件锻件制造工艺流程为原料出坯→锻造→锻后冷却→锻后热处理→检测硬度值，锻后按照表2进行锻后冷却和锻后热处理。

表2 锻后热处理工艺Table 2 Post-forging heat treatment process

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

2.1.1 锻后硬度

按照方案一进行的1#～3#三件锻件，炉冷后表面光白，用便携式里氏硬度计进行硬度检测，硬度比较高，且不均匀，硬度单个值在350～506HBW，平均值在364～503HBW。造成加工困难，与前期生产出现的情况类似，硬度太高使得端面无法锯掉。

按照方案二进行的4#～6#三件锻件，表面光白后用便携式里氏硬度计检测，硬度值在290～321HBW，硬度适合加工，且硬度均匀性也好。

按照方案三进行的7#～8#两件锻件，回火后进行表面光白，用便携式里氏硬度计进行硬度检测，硬度情况与锻后炉冷后硬度情况基本一致，硬度高，均匀性差，7#的硬度单个值在291～639HBW，平均值在296～633HBW，8#的硬度单个值在347～641HBW，平均值在349～636HBW，造成加工困难。

2.1.2 锻后热处理硬度

根据锻后硬度情况，将难于加工的1#～3#、7#、8#锻件进行锻后热处理正火加回火，锻后热处理后进行表面光白，用便携式里氏硬度计检测，硬度值在257～307HBW；在两端取样后用台式布氏硬度检测验证，硬度值为274～300HBW，达到了试验要求和目的。

2.2 结果分析

2.2.1 锻后冷却方式对硬度的影响

不同的锻后冷却方式的硬度检测结果表明：

(1)锻后直接进炉，炉冷后表面光白，进行硬度检测，硬度比较高，用便携式里氏硬度计检测硬度值个别位置偏差大，切取试料用台式硬度计检测，布氏硬度值基本在400HBW以上，由此可见，锻件炉冷后硬度值高，炉冷后不便于直接粗加工。

(2)锻后直接进炉进行正火加回火热处理，光白后用便携式里氏硬度计检测为290～321HBW，硬度值比炉冷后低，硬度均匀性好，便于直接粗加工。

(3)锻后油冷3 min后进行回火热处理，光白后进行硬度值检测，锻件表面硬度还是比较高，不便于直接粗加工。

(4)锻后直接进炉回火，光白后进行硬度值检测，锻件表面硬度还是比较高，不便于直接粗加工。

2.2.2 锻后冷却方式对显微组织的影响

通过金相组织观察发现，不同状态下的组织差别很大，抽取炉冷后3#锻件的组织，出现保持马氏体位相的马氏体组织，见图1(a)；锻后炉冷后进行正火加回火后的4#锻件是均匀的回火索氏体组织，见图1(b)；炉冷后进行正火加回火后的3#锻件组织是回火索氏体组织，见图1(c)；锻后油冷后回火的7#锻件组织是均匀的针状贝氏体组织，见图1(d)。

(a)3#:炉冷(b)4#:炉冷+正火+回火(c)3#:炉冷+正火+回火(d)7#:锻后油冷+回火

根据EN 10083-3:2006要求和材料分析，36NiCrMo16材料属于铬、镍、钼材料钢，钢中的铬、镍含量较高，具有很高的淬透性，大截面锻件在空气中可以得到的组织主要是马氏体组织，该类钢属于马氏体钢。该钢等温转变曲线显示，该钢在奥氏体化后没有珠光体转变，只有马氏体和贝氏体转变，因此当钢奥氏体化后冷却速度慢时较难得到软化的珠光体组织，软化效果不好，不利于粗加工。

3 生产验证

根据工艺试验结果，结合车间的生产情况，对车间在制的该材料锻件按照工艺试验锻后正火加回火进行热处理，相应锻件热处理后硬度情况如下：

20039-1锻件38件：锻件热处理后抽检硬度值在300HBW以下，现场了解机械加工情况，锻件加工不存在困难。

9558、9548炉号坯料：9558和9548炉号坯料锻后炉冷后进行正火加回火热处理，硬度抽检硬度值在300HBW以下，锯料和加工不存在难度。

20080-3/34锻件22件：锻件锻后炉冷后进行正火加回火热处理后抽检硬度值在300HBW以下。

经过上述批量锻件的生产验证，结合车间锻件的生产和设备情况，该材料锻件锻后炉冷后进行正火加回火锻后热处理工艺可行，可以用于后续该材料的生产和硬度控制。锻后直接进炉进行正火加回火热处理在生产任务不重，锻件数量少的时候可以考虑，该方案由于目前没有合适的锻件进行，因此没有进一步验证方案的可行性，暂不执行。

4 结论

对工艺试验结果进行比较分析及生产验证，得到以下结论：

(1)锻后炉冷后硬度不均匀，硬度高，不便于加工，需要进行正火加回火后降低硬度值便于切削加工；

(2)锻后炉冷后直接进行高温回火热处理，硬度没有改善，不适合作为该材料锻后热处理；

(3)锻后直接进行油冷，由于锻后温度不便控制，锻造车间油槽太小，锻件入油后无法摆动，不利于锻件的冷却，油冷后锻件很难取出，不利于车间操作，不建议采用；

(4)锻后直接进行正火加回火能降低硬度值便于加工，但未进行生产验证，由于需要长时间占用锻造电炉，不便于车间锻造的生产，暂不建议用该方案。

综合以上几种试验结果，根据目前某公司的生产情况和设备情况，建议采用锻后炉冷后再进行正火加回火，为了保证正火冷却速度和冷却的均匀性，正火空冷时将锻件散放在地上的工装上空冷或将装锻件的工装调到地上空冷。