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ML20MnTiB调质工艺研究
时间:2017-02-27 15:14 点击:
近年来，冷镦钢逐渐向高冷变形能力、省略或简化退火和热处理工艺，低合金或微合金化等方向发展，以实现紧固件生产的高性能、低成本的要求。ML20MnTiB是这一发展方向的典型代表。
ML20MnTiB冷镦钢盘条主要用于桥梁、锅炉框架、大跨度工业厂房、高层民用建筑、各种塔架、起重机械及其他钢结构连接，目前用户使用该钢种替代ML40Cr，以减少冷镦前退火处理工序，降低生产成本。
用户一般的生产工艺为热轧盘条→酸洗磷化→拉拔→冷镦成型→搓丝→调质处理→发黑→包装。邯钢近期新开发了大规格高强冷镦钢ML20MnTiB，为了验证产品性能，更好的服务用户，邯钢对ML20MnTiB的调质处理工艺进行了研究。
1 试验
ML20MnTiB经840-880℃淬火后的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成，再经低温回火得到回火马氏体，满足12.9级以上标准件强度要求；当进行中温回火时，得到非常均匀的回火屈氏体，满足10.9级以上标准件要求。
ML20MnTiB经840-880℃淬火后的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成，再经低温回火得到回火马氏体，满足12.9级以上标准件强度要求；当进行中温回火时，得到非常均匀的回火屈氏体，满足10.9级以上标准件要求。
1.1 试验材料
试验材料为邯钢高线轧制的φ20mm规格的ML20MnTiB热轧盘条，化学成分如表1所示。
试验材料的组织为铁素体+少量珠光体，晶粒度等级为8.5-9.5级，无魏氏组织、贝氏体及马氏体等对盘条塑性不利的硬脆组织。
1.2 试验方法
取热轧态φ20mm规格的ML20MnTiB盘条，截成400mm长试样12支，进行4种方案、每个方案3个试样的调质试验。在箱式电阻炉中以0.5℃/s的速率加热到预定温度，保温50min，进行油淬，淬火介质为0#柴油，在油中冷却到室温，再以0.5℃/s的速率加热到预定温度进行回火，回火时间75min，出炉后空冷。具体调质试验方案如表2所示。
1.3 试验结果
1.3.1 金相组织
对调质后的盘条截取横截面试样，经镶嵌、研磨、抛光、4%硝酸酒精溶液腐蚀制成金相试样，采用光学显微镜观察不同工艺下材料的组织状态。图1示出了ML20MnTiB调质后的显微组织。
1.3.2 力学性能
对调质处理后的盘条加工成拉伸试样，进行力学性能检验，检验结果如表3所示。
1.3.3 硬度测试
对调质后的盘条，每种工艺截取3个纵截面试样，再镶嵌试样后，在自动数显凸式洛氏硬度计上进行洛氏硬度检测。型号LRH6000，120金刚石圆锥，将试样放在载物台上，加载荷150kgf，保持5s，测定试样不同位置的硬度。对试样硬度测试点位置如图2所示。调质后ML20MnTiB的硬度见表4。
2 分析
2.1 组织分析
由图1可以看出，ML20MnTiB经860-880℃淬火，再经200℃回火，得到低温回火马氏体组织，基体组织中有少量颗粒状渗碳体形成，相比于3#样（860℃淬火），1#样（880℃淬火）颗粒状渗碳体数量稍多一些；ML20MnTiB经860-880℃淬火，再经420℃回火，得到回火屈氏体组织，基体组织中有大量颗粒状渗碳体形成。通过对比不同试验方案的微观组织可以看出，在860-880℃范围内淬火，淬火温度对热处理后盘条的组织影响较小，而回火温度影响较大。
2.2 性能分析
由表3可以看出，在860-880℃范围内淬火，淬火温度对盘条的抗拉强度的影响不如回火温度的影响大。且淬火温度越高，回火温度越低，则样品的抗拉强度越高，而断后延伸率及断面收缩率则较低。从力学性能来看，ML20MnTiB制作10.9级紧固件合理的调质工艺为：850-880℃中油淬+400-440℃回火，可以得到良好的强度与塑性匹配；若回火温度降低到200℃左右，则塑性有明显降。
由表3、表4可以看出，不同工艺方案对硬度的影响与对材料抗拉强度的影响类似，200℃回火比420℃回火样品硬度提高7-8HRC。对于φ20mm规格盘条，样品的表面硬度与心部硬度基本无差距，说明φ20mm大规格ML20MnTiB亦能完全淬透，ML20MnTiB具有良好的淬透性。
3 结论
1）ML20MnTiB经过850-880℃油中淬火+400-440℃回火，得到回火屈氏体组织，具有良好的强度与塑性匹配，采用该工艺适合制作10.9级紧固件。
2）ML20MnTiB具有良好的淬透性，对于φ20mm大规格在油中淬火，心部硬度与边部硬度基本无差距。
3）ML20MnTiB经过850-880℃油中淬火+200-220℃回火，得到低温回火马氏体组织，但强度不能满足1200MPa级强度要求，如要制作12.9级紧固件，需要对ML20MnTiB的成分、热轧态组织、淬火介质、回火温度等作进一步研究。