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            厚壁管的熱處理工藝優化研究

            27SiMn鋼管是液壓支架立柱的常用材質,隨著支架工作阻力的增加,對柱管的強度、硬度、支護高度等要求也相應增大,通過試驗研究調整優化熱處理工藝,增加厚壁鋼管的淬硬層深度,從而增加柱管整體的支護強度。

            立柱是液壓支架實現伸縮功能滿足支護高度范圍的關鍵部件,而缸管是立柱的主要零件,并對支架的支護強度、可靠性和使用壽命產生直接影響。隨著液壓支架產品的工作阻力越來越大,支護高度越來越高,作為立柱主要零件的中缸管、大缸管的直徑和管壁也越來越大,但漲缸現象還是時有發生。為了穩定缸管的疲勞強度,提高使用壽命,研究優化熱處理工藝。

            1現狀分析

            根據資料和供貨廠家介紹,27SiMn厚壁管淬透性較高,在水中臨界淬透直徑達822mm;仡櫧鼛啄陙,公司對厚壁(≥30mm27SiMn管材經調質處理后,物理性能變化規律:①硬度和淬硬層深度隨管徑大小及管壁厚度呈反向變化,管徑愈大、管壁愈厚,其硬度與深度則相對低于管徑小、管壁薄的零件;②硬度一般按HB240280控制,淬硬層深度一般在28mm范圍內;③管壁外徑表面的硬度(布氏)均高于內徑表面。

            2熱處理試驗

            2.1試驗材料、目的、設備

            試驗材料:中缸用27SiMn厚壁鋼管,準350×53,長度為2110mm,其化學成分檢測如表1所示。

            試驗目的:①柱管調質后硬度:HB270310,淬硬深度≥10mm;②力學性能:屈服強度和抗拉強度分別達到850、1000MPa;③工藝方法趨于實際生產情況。為了保證試驗結果對實際生產的指導性,直接截取L=1400mm鋼管(重量與長度均大于實際零件的60%)進行熱處理試驗。試驗設備:箱式電阻爐,鋼管入爐水平放置加熱保溫。循環水淬火,水溫2040℃,淬火時鋼管垂直入水。

            2.21輪試驗

            1)熱處理工藝

            調質工藝:900℃保溫3h,淬水;550℃回火3h,空冷。

            2)取樣檢測

            表面硬度檢測,在調質后的鋼管外表面任意取3點,HB值分別為278、270、268,表面硬度只達到技術要求的下限。

            將樣件經下料鋸床進行截段取樣。端部空出500mm后,截取30mm厚度的圓環:①在壁厚的中線相隔120°取點,HB值分別為225、224、221,可見壁厚心部硬度偏低,但均勻性良好;②沿徑向由外向內檢測了7點,HB值分別為275、244、237、223、226、232、255。鑒于硬度檢測不合格,未做其他檢測。

            2.32輪試驗

            1)熱處理工藝

            采用分段加熱工藝,并增加保溫時間。調質工藝:870℃,保溫2h,溫度升至900℃,保溫2h,出爐淬水;550℃回火4h,空冷。

            2)硬度檢測

            取樣做缸管表層、中線、有里到外、由外到里的各部位的硬度檢測(見表2)。

            3)金相組織檢測

            內外表面各取122mm×17mm樣塊。要求分析其試驗柱管的內表面及外表面,并分別向心部延伸的組織狀態。金相檢測報告顯示,內外表面處系以回火索氏體為主的3種組織狀態、1/2處(深10mm左右)系以回火索氏體及珠光體為主的4種組織狀態、中間部位系以鐵素體及珠光體為主的4種組織狀態。

            4)分析與討論

            調整了升溫保溫工藝,增加了總體保溫時間,但檢測結果顯示,此調質工藝仍不理想。柱管心部硬度偏低;達標淬硬層薄,徑向截面及軸向分層的硬度檢測均說明該柱管的淬硬層較淺,僅有3~5mm,且HB值僅達到技術要求的下限。5mm深度后,其硬度值下降的較快,整體硬度偏低。

            根據金相組織分析,在20mm厚度內,由表及里組織變化之快,組織種類之多,證明該鋼種的淬透性不佳。作為主導產品常用的低合金鋼,調質處理后回火索氏體組織層較薄,說明與調質工藝的加熱溫度、保溫時間、冷卻介質等因素有關。根據查閱的資料,奧氏體組織形成是在達到臨界溫度時瞬間(幾秒鐘)就完成了,在此溫度保溫可能使奧氏體晶粒粗大,進而降低鋼的強度、硬度。

            2.43輪試驗

            1)熱處理工藝

            調質工藝:930℃保溫4h,出爐水淬;550℃回火4.5h,出爐空冷。

            2)硬度檢測

            取樣做缸管表層,中線,有里到外,由外到里的各部位的硬度檢測見表3。

            3)力學性能檢測

            平行軸向取樣9根(L=300mm),分3組,對每組按外、中、內各層取樣,做拉伸試棒(15×20,L=300mm),進行分層力學性能檢測,見表4.

            4)分析與討論

            溫度增加沒有出現擔心的過燒現象,且取得了滿意的試驗效果。

            在第3輪試驗數據的基礎上,選取了4種不同規格的管材(準351×43,準475×45,準395×60,準245×55),L=500mm,適當增減加熱溫度和保溫時間,分別做了試驗,都得到了比較理想的檢測數據。

            3結語

            試驗數據顯示,對于國產27SiMn厚壁鋼管(>30mm)采用920940℃,保溫34h,水淬;540560℃回火3.54.5h,空冷的調質工藝,基本能達到能夠達到試驗目的,滿足硬度和強度要求,淬硬層較深,內、外表面以下15mm范圍內的硬度都在HB270310范圍內,靠近內、外表面取的拉伸試樣抗拉和屈服強度超過1050MPa870MPa。

            文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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