正火冷却速度对18CrNiMo7-6齿轮钢组织和硬度的影响

jyoblokt

18CrNiMo7-6钢是一种表面硬化钢，主要用于生产重型齿轮，特别是重型卡车和沿海机械传动齿轮，当前也用于新的电力机车传动系统齿轮。具有高强度、高韧性和高淬透性等优点，广泛用于矿山、运输、机车牵引、起重和风电等工业领域。

近几年，18CrNiMo7-6钢走向国产化，现已在抚顺特殊钢股份有限公司批量生产。18CrNiMo7-6钢连续冷却后极易得到贝氏体（B）组织，由于贝氏体的存在硬度很高，不利于切削加工和渗碳、淬火处理。因而部分用户要求钢材退火后显微组织为铁素体（F）+珠光体（P）。为此，该公司科研人员结合生产实际，对18CrNiMo7-6钢的热处理试验后的显微组织进行研究，为钢材退火后得到铁素体+珠光体组织提供依据，根据实验结果制定出实际生产过程中的热处理曲线，获得铁素体+珠光体组织。

试验材料采用抚顺特殊钢生产的18CrNiMo7-6钢，生产工艺流程为：UHPEAF+LF+VD+模注→2000t快锻开坯→1000t精锻成材，钢材规格为Φ180mm。试验材料的化学成分如表1所示。样品取自180mm圆钢低倍片，切成楔形样品，样品半径50mm，角度45°。在实验室进行热处理模拟试验，采用高温箱式电加热炉，加热元件为碳硅棒和0Cr27Al7Mo2，热处理炉主要参数见表2。

表1  试验18CrNiMo7-6齿轮钢的化学成分/%

C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	Mo	Al	Cu	N
0.165	0.59	0.24	0.006	0.008	1.56	1.71	0.28	0.034	0.15	0.0129

表2  实验室箱式热处理炉主要参数

型号	额定功率/kW	额定电压 /V	额定温度 /℃	热电偶 类型	炉温均匀性 /℃	炉腔有效加热尺寸/mm
SX-10-13	10	380	1350	S	±10	400×200×160
SX-12-10	12	380	1000	K	±10	500×300×260

在连续冷却曲线中，贝氏体开始转变温度在600℃左右，连续冷却时，珠光体转变鼻尖温度约为660℃，由先共析铁素体转变到发生珠光体转变需要约3h孕育期。现场生产过程中发现与理论存在一定偏差。因此，制定8组热处理（表3）试验用以对比分析。

表3  正火工艺对试验18CrNiMo7-6齿轮钢组织与HB硬度值的影响

样品号	热处理制度	试验结果	HB值
1	870℃ 1h，炉冷（10h），≤300℃空冷	B	340～350
2	900℃ 1h，炉冷（11h），≤300℃空冷	B	340～350
3	900℃ 1h，30℃/h 660℃ 4h，炉冷（6.5 h），≤300℃空冷	F+P	190～210
4	900℃ 1h，转炉660℃ 4h，炉冷（6.5 h），≤300℃空冷	F+P+B	300～320
5	870℃ 1h，30℃/h 660℃ 4h，炉冷（6.5 h），≤300℃空冷	F+P	190～210
6	870℃ 1h，转炉 660℃ 4h，炉冷（6.5 h），≤300℃空冷	F+P+B	300～320
7	900℃ 1h，30℃/h 660℃ 4h，炉冷（6 h），≤300℃空冷	F+P	190～210
8	900℃ 1h，转炉 660℃ 4h，炉冷（6 h），≤300℃空冷	F+P+B	300～320

18CrNiMo7-6钢连续冷却后易得到高硬度的贝氏体组织。通过实验室高温箱式电阻炉试验表明，（870～900℃）1h～（640～660℃）4h炉冷至300℃，空冷，该钢的组织为铁素体+珠光体+贝氏体组织，HB硬度值为340～350；而870～900℃1h，30℃/h至640～660℃4h，炉冷至300℃，空冷，该钢的组织为铁素体+珠光体，HB硬度值为190～210。生产试验表明，30t的Φ180mm18CrNiMo7-6钢锻材经900℃10h，≤30℃/h至650℃25h，30℃/h至500℃空冷，可获得铁素体+珠光体组织。