Q420qD起重吊鉤的工藝優(yōu)化

梁濤，辛永木

Q420qD起重吊鉤的工藝優(yōu)化

梁濤，辛永木

【摘要】Q420qD材料是起重吊鉤用鋼，屬低碳合金鋼。按照標準規(guī)定熱處理為鍛后正火+回火或調(diào)質(zhì)。在我們生產(chǎn)實踐過程中，工件正火+回火處理后檢測連體試棒時有力學性能不合格現(xiàn)象。選用調(diào)質(zhì)處理進行試驗，獲得的綜合力學性能比正火+回火要高很多，這是由于在調(diào)質(zhì)過程中，工件表層發(fā)生索氏體轉(zhuǎn)變，而內(nèi)層比正火的珠光體轉(zhuǎn)變組織要細小，從而細化晶粒，使工件力學性能得到提高，滿足了使用要求，提高了起重吊鉤的使用安全系數(shù)，因此生產(chǎn)中我們優(yōu)選熱處理工藝為調(diào)質(zhì)。

我公司生產(chǎn)的S級起重吊鉤，按GB10051—2010《起重吊鉤》標準規(guī)定，選用Q420qD吊鉤專用鋼，其化學成分符合GB/ T 714—2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（見表1），Q420qD中wMn=1.0% ～1.7%。參照《中國材料工程大典，第2卷，鋼鐵材料工程（上）》中表6.1-1，按化學成分劃分為非合金鋼、低合金鋼、合金鋼，可將其歸到低合金鋼類，屬于低碳低合金鋼系列。

該產(chǎn)品吊鉤有效尺寸為100m m（見圖1），按G B/T 10051—2010《起重吊鉤》中規(guī)定的S級（材料選Q420qD）鍛造生產(chǎn)，采用正火+回火或調(diào)質(zhì)。主要工藝流程為：鍛造→粗加工→熱處理→精加工。熱處理技術(shù)要求：連體試棒距外表面r/3處取縱向試樣，屈服強度ReL≥410MPa，抗拉強度Rm≥540MPa，斷后伸長率A≥19%，斷面收縮率Z≥50%，-20℃沖擊吸收能量KV2≥47J。

1. 熱處理方法

針對標準GB/T 10051—2010中規(guī)定的該鋼種制作的吊鉤熱處理狀態(tài)為正火+回火或調(diào)質(zhì)態(tài)，分別對其進行工藝試驗，優(yōu)選熱處理工藝。工件經(jīng)920℃正火空冷+550℃回火后檢測連體試棒的力學性能，由于正火冷卻速度受氣候及出爐后的擺放等因素影響，工件的力學性能數(shù)據(jù)很不穩(wěn)定，其中屈服強度數(shù)值剛剛達到技術(shù)要求，且時常出現(xiàn)屈服強度檢測結(jié)果稍低于要求的情況，易產(chǎn)生不合格品（見表2）。

據(jù)《金屬材料缺陷檢測實例及缺陷金相圖譜》介紹，屈服強度低的原因與工件淬火后的硬度和回火后的硬度都有關(guān)系，特別是淬火硬度對屈服強度的影響很大。按照這一思路，Q420qD吊鉤加熱后，加大冷卻速度會影響工件的屈服強度，因此我們初步推斷正火空冷與調(diào)質(zhì)相比較，采用調(diào)質(zhì)處理會顯著提高工件的力學性能。

圖1　熱處理時工件示意

表1　Q420qD 化學成分（質(zhì)量分數(shù)）（%）

我們知道，工件冷卻速度越快，奧氏體轉(zhuǎn)變過冷度越大，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織越細小，工件就會得到更好的性能。當?shù)吞间摴ぜ叽缭?00mm左右時，受尺寸效應(yīng)的影響，當工作環(huán)境溫度較高及

工件擺放緊密時，工件正火冷卻速度（尤其是工件內(nèi)層）就會降低，正火時析出大量的塊狀鐵素體，從而影響工件的力學性能。

許多資料中對低碳合金鋼的強韌化都有詳細的論述，低碳合金鋼直接淬火獲得低碳馬氏體，低碳馬氏體具有高強度、高韌性相結(jié)合的綜合力學性能，低碳鋼進行低碳馬氏體強化是發(fā)揮其強韌性潛力的有效途徑，淬火后獲得低碳馬氏體，再經(jīng)高溫回火獲得索氏體組織，大大提高了工件的塑性和韌性，從而使工件獲得良好的綜合力學性能。

結(jié)合上述分析，我們對該產(chǎn)品進行調(diào)質(zhì)處理的工藝試驗。調(diào)質(zhì)處理工藝過程如圖2所示，920℃保溫奧氏體化后用10%鹽水冷卻，520℃回火出爐水冷，將工件的表面硬度控制在28～32HRC，在吊鉤連體試坯上，距外表面r/3處按技術(shù)要求取縱向力學性能試樣，檢測結(jié)果見表2所示。

2. 試驗結(jié)果

由表2可見，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，Q420qD材料的屈服強度平均值比正火處理高145MPa（屈服強度提高了36%），抗拉強度也相應(yīng)得到了提高。經(jīng)兩種工藝試驗結(jié)果對比可見，調(diào)質(zhì)后工件強化效果十分顯著，從而提高了工件使用的安全系數(shù)。

提高鋼的強度、韌性等主要通過控制鋼的化學成分、顯微組織形態(tài)、固態(tài)形變和晶粒細化等來實現(xiàn)，其中晶粒細化是強化、韌化綜合效果最好且消耗資源最少的技術(shù)措施。本文中所述吊鉤調(diào)質(zhì)過程中，淬火冷卻介質(zhì)采用10%鹽水，淬火時工件表面及內(nèi)層冷卻速度相比正火冷卻速度大大提高，且冷卻速度受環(huán)境溫度影響小，此時工件內(nèi)層由奧氏體轉(zhuǎn)變的組織析出鐵素體量減少，共析體變細（相比于工件采用正火工藝），產(chǎn)生的淬火組織細小，再經(jīng)高溫回火后得到細小均勻的調(diào)質(zhì)組織，從而對工件產(chǎn)生強化作用，提高工件的力學性能。

3. 結(jié)語

在生產(chǎn)實踐中，我們針對兩種熱處理工藝進行了多爐次的工藝試驗，經(jīng)對比后優(yōu)選調(diào)質(zhì)作為Q420qD吊鉤的熱處理工藝，使工件表面硬度提高，表面耐磨性優(yōu)于正火處理的吊鉤，取樣部位（工件內(nèi)層）由于得到細小的組織，綜合力學性能比正火處理要高，調(diào)質(zhì)工件的整體安全性能優(yōu)于正火+回火的工件。

相比于正火工藝，采用調(diào)質(zhì)工藝大大提高了熱處理合格率，杜絕了熱處理返工現(xiàn)象。

參考文獻

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圖2　調(diào)質(zhì)工藝曲線

表2　力學性能檢測結(jié)果對比

20150114

作者簡介：梁濤、辛永木, 巨力索具股份有限公司。