40Cr10Si2Mo鋼排氣歧管螺栓熱處理工藝改善

唐建良，蔣楊英，林志峰

舟山市7412工廠 浙江舟山 316041

1 序言

汽車排氣歧管螺栓材質為耐高溫的40Cr10Si2Mo鋼，該螺栓的淬火溫度在1000～1050℃[1]，我公司有連續網帶爐和真空爐兩種爐型選擇，真空爐型號為VUQ669H ，真空爐最高使用溫度為1250℃。連續網帶爐的型號為S Y805-6，最高使用溫度為950℃，試產量少時，在真空爐能滿足質量和產能的要求，后來批量生產，真空爐產能無法滿足要求，由于連續網帶爐爐溫最高950℃，為此在連續網帶爐允許的溫度范圍內進行了相關工藝試驗，與真空爐生產件進行性能對比，最終在連續網帶爐上實現了批量生產，質量和效率都大幅提高，能耗成本大幅下降。

2 螺栓規格與技術要求

該螺栓的尺寸和形狀如圖1所示，螺栓材質為40Cr10Si2Mo鋼，化學成分見表1。

表1 螺栓的化學成分（質量分數） （%）

圖1 螺栓尺寸和形狀

螺栓的技術要求：淬火硬度≥50HRC[2]，淬火＋回火后，抗拉強度885～1050MPa。

3 連續網帶爐和真空爐對比

3.1 真空爐熱處理生產

真空爐熱處理工藝：溫度為1000℃，保溫120min，高壓氣淬，回火溫度為700℃，回火時間為180min，裝爐量為每爐320kg，生產一爐的總時間為10h（包括升溫時間），生產效率為32kg/h，真空爐熱處理工藝如圖2所示，相關性能測試見表2。

表2 真空爐生產件性能

圖2 真空爐熱處理工藝

3.2 連續網帶爐熱處理試驗

40Cr10Si2Mo鋼相變轉變點Ac3為930℃[3]，連續網帶爐最高使用溫度為950℃，因此連續網帶爐采用940℃，通過改變保溫時間方法進行試驗，工藝參數及檢測結果見表3。

表3 連續網帶爐生產工藝參數及產品性能

從表3可看出，連續網帶爐淬火溫度940℃，保溫時間超過130min時，生產的產品可以符合要求，在實際生產中采取940℃保溫150min，油淬，回火溫度700℃，回火時間120min，裝爐量是550kg/h，也就是說生產效率為550kg/h。

3.3 性能對比

連續網帶爐按940℃保溫150 min，油淬，回火溫度700℃，回火時間120 min生產，取10件產品與真空爐生產的10件產品進行對比測試，淬火硬度對比見表4，回火硬度對比見表5，常溫抗拉強度對比見表6，550℃高溫強度[4]結果見表7，生產效率對比見表8。

表4 淬火硬度對比 （HRC）

表5 回火硬度對比 （HRC）

表6 常溫抗拉強度對比 （MPa）

表7 550℃高溫強度對比 （MPa）

表8 生產效率對比 （kg/h）

從以上對比分析可看出，連續網帶爐生產的產品與真空爐相比，硬度、常溫強度更穩定，波動值更小；在550℃高溫下高溫抗拉強度、屈服強度更高。在生產效率方面，連續網帶爐生產效率約是真空爐的17倍。

3.4 熱處理金相組織對比

真空爐生產的產品金相組織如圖3所示，連續網帶爐生產的產品金相組織如圖4所示。

圖3 真空爐調質件金相組織（500×）

圖4 連續網帶爐調質件金相組織（500×）

按GB/T 38720—2020《中碳鋼與中碳合金結構鋼淬火金相組織檢驗》要求，對圖3、圖4進行金相組織評級[5]，真空爐生產的產品，金相組織為回火索氏體5級，連續網帶爐生產的產品金相組織為回火索氏體4級，連續網帶爐產品質量優于真空爐。

3.5 熱處理能耗對比

真空爐采取的是周期性生產，且淬火溫度高、耗時長；網帶爐是連續式生產，淬火溫度相對較低，生產效率高，二者能耗相差較大，具體能耗見表9。

表9 熱處理能耗對比 （kW·h/t）

3.6 結果分析

真空爐采取的是較高的淬火溫度、較短的保溫時間，使材料完全奧氏體化，由于溫度較高，晶粒較粗大[6]，連續網帶爐采取的是在Ac3以上10℃較長時間保溫來完成奧氏化轉變，晶粒較細小，因此連續網帶爐生產的產品在力學性能、金相組織方面優于真空爐；同時由于連續網帶爐是連續性生產，因此效率高；真空爐升溫時間很長，且裝爐量小，因此生產效率低。在能耗方面，網帶爐生產的電耗最低，約為真空爐電耗的21.7%，這樣大幅節約了電能。

4 結束語

1）40Cr10Si2Mo鋼螺栓，真空爐按標準要求的淬火溫度1000℃、保溫時間80min，淬火后700℃回火120min執行，能滿足性能要求。

2）40Cr10Si2Mo鋼螺栓，連續網帶爐比標準淬火溫度低60℃，即940℃通過加長保溫時間，保溫時間達150min，淬火后700℃回火120min，能滿足性能要求。

3）對真空爐與連續網帶爐生產的產品進行了全面的對比測試，結果表明，連續網帶爐生產的產品在硬度均勻性、抗拉強度的均勻性、高溫強度、高溫屈服強度及金相組織等方面優于真空爐，且連續網帶爐的生產效率約是真空爐的17倍，解決了生產瓶頸，大大降低了熱處理能耗。