31CrMoV9钢固溶双细化工艺研究

wangmin

31CrMoV9钢系德国引进强韧兼备优质结构钢，主要在调质和渗氮状态下应用于轴类、齿轮等重要零件。但是，由于其含有高熔点V类难溶碳化物，若热处理不当，也常常达不到预想的力学性能要求。

固溶双细化工艺是选择能够形成单相均匀奥氏体所必要的最低的温度和最短的时间或不保温的条件下进行奥氏体化。在此条件下，由于奥氏体的重结晶使晶粒得到细化，以及快速加热情况下铁素体晶粒转变为多个奥氏体晶粒的倾向而使晶粒显著细化。
某厂先期进行了Φ70mm×5000mm31CrMoV9钢棒料固溶双细化工艺调质试验，试验结果比较理想，工艺运行稳定。随后，在此基础上成功开发了Φ1200mm×Φ1500mm×400mm大型风电齿圈固溶双细化调质工艺。
试验用31CrMoV9钢的化学成分见表1。工艺设备为RQD250×200井式炉，有效加热区尺寸为Φ2500mm×2000mm，最大装炉量15000kg，最高工作温度1100℃，炉温均匀性≤±5℃。

表1  试验用31CrMoV9钢的化学成分（质量分数，%）

	C	Si	Mn	Cr	Mo	V
DIN EN 10085	0.27～0.34	≤0.40	0.40～0.70	2.30～2.70	0.15～0.25	0.10～0.20
棒料	0.31	0.28	0.50	2.42	0.18	0.12
齿圈坯料	0.29	0.30	0.55	2.45	0.17	0.12

基本工序为：固溶→高温回火→淬火→回火。固溶双细化工艺过程采用固溶加高温回火，有效改善材料的组织和化学成分的均匀性，并获得均匀的类平衡态组织，为后续的调质工序做好组织准备。淬火工艺采用充分预热后快速通过临界点的加热工艺，获得均匀细化的奥氏体组织，由于固溶后组织和成分的均匀程度较好，可以最大程度地发挥合金元素和C的作用，为后续淬火，做好成分和组织准备。后续采用PAG淬火液进行淬火，得到晶粒细小的板条状马氏体组织，根据客户要求，高温回火后获得一定硬度范围的回火索氏体组织。
结果表明：双细化工艺处理可使Φ70mm的棒材完全淬透，高温回火后组织为回火索氏体Ⅰ级，晶粒度6.5～7.5级；经固溶双细化处理后，国产31CrMoV9钢完全可以应用于重要的大型机械零部件，其力学性能达到或超过德国DIN EN10085标准的要求，并解决了含V钢切削性能差的问题。

弘超模具钢

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