時效退火對碳結鋼強度性能的影響

范 麗

(東北特鋼集團北滿特殊鋼有限責任公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161041)

冷拔材類碳結鋼的優勢是精度高、機械性能高，廣泛用于汽車行業等領域，該品種冷拔材力學性能要求嚴格，與普通的碳結鋼相比具有較強的抗拉強度,而且屈服強度、 斷后伸長率、硬度等性能指標值都高于國家標準。生產過程按常規工藝路線進行退火、矯直、拉拔、拋光后的強度指標可以達到550 MPa以上。許多用戶為提高工件的使用壽命需要較高性能的鋼材。通過提高原材料加工成品前的減面率能使性能指標達到720 MPa左右，特別是抗拉強度達到750 MPa以上。按以往的工藝路線，生產的成品抗拉強度最高達到700MPa左右，為生產高機械性能抗拉強度735～900MPa,屈服強度≥430 MPa,斷后伸長率≥7%,硬度HB210～HB265的產品。如冷拔材C45R我們對兩種成品規格φ21.5mm和φ19mm進行了生產檢驗、試驗最終確認最佳生產工藝路線，使該批合同兩個規格料順利進行，合格上交達到用戶要求。

1 工藝試驗

1.1 工藝試驗一

將直徑φ21.2mm的鋼棒磨削到φ20.6mm，再拔制到直徑φ19mm。

表1 冷拔變形后檢驗本體性能結果(試驗一)

1.2 工藝試驗二

將直徑φ23.65mm的鋼棒磨削到φ23.2mm，再拔制到直徑φ21.5mm。

表2 冷拔變形后檢驗本體性能結果(試驗二)

2 熱處理

經過以上試驗，加工后的樣件雖然表面、尺寸精度較為理想但性能指標遠未達到要求。為了提高強度指標我們繼續進行了2爐正火處理。

2.1 工藝試驗一

工藝溫度：850℃正火，數量：2爐。將正火處理后鋼棒按裝爐的上下、左右及中間位置并取兩組10塊試樣編好序號，按原工藝進行分別拉拔到φ21.5mm和φ19mm兩種規格，經冷拔變形后檢驗本體性能結果：抗拉強度907～923MPa之間；收縮率47%～45%;伸長率10.5%～9.5%；硬度HB265～HB273； 強度指標均高于900MPa，相應的硬度也超出范圍要求。

2.2 工藝試驗二

工藝溫度260～300℃。將加工到φ21.5mm和φ19mm兩種規格的鋼棒各取10塊試樣按編號裝進小爐進行時效試驗，將冷拔變形后具有亞穩定的組織的鋼材，加熱到某一溫度下進行保溫：試樣時效(270±10)℃，保溫1h空冷后抗拉強度為：750～768 MPa；收縮率:42%～44%，伸長率:11%～12% 硬度HB225～HB230之間。

經試樣小爐時效退火后，試樣全部達到合格。由于小爐試樣與生產用的批量裝爐存在裝爐量、透燒效果的不同，因此在實際生產中根據長期的生產經驗及設備的保證能力對退火溫度進行了稍加變動，退火工藝調整到300℃空冷。工藝熱處理曲線如圖1。升溫到設定溫度后按要求保溫。

圖1 熱處理曲線

按上述工藝生產的類碳結鋼的硬度由HB179～HB187提高到HB235～HB251。抗拉強度達到832～851MPa，取樣合格。

3 結語

對冷拔變形后的鋼材，經時效熱處理后加熱到一定溫度下進行保溫。由于冷拔變形后的鋼材具有亞穩定的組織，在某一溫度下，鋼材的機械性能和物理性能等隨著保溫時間的延長而發生變化，而且鋼的組織并無顯著的變化，以達到改善機械性能、穩定鋼材尺寸和形狀的目的。冷拔鋼材實效后強度提高，可以認為是鋼材內部鐵素體中分解出來的滲碳體及氧化物等微小的粒子強化了鋼材所致。關于時效處理溫度，可根據具體情況生產過程中的裝爐配爐及鋼種等有的采用200～300℃或380～400℃時效處理，也有采用更高溫度的。當鋼材進行熱處理時為了方便也可將同一熱處理制度熱處理的鋼材進行同爐處理，通過取代表性的試樣檢驗，其各項機械性能硬度和鋼材的顯微組織，進行分析不斷改進從而獲得用戶需要的產品。