20Cr13是高合金马氏体型不锈耐热钢,具有高抗蚀性、抗氧化、高强度、高韧性和足够的热强性等特性。由于其较好的综合机械性能使其广泛应用于制造法兰、零固件、泵体、轴类等构件。用户实际使用时,为便于锯、切等深加工应用,希望20Cr13棒材硬度控制在190HB以下。但目前太钢20Cr13棒材产品符合要求的比例仅为60%,不能很好地满足客户需求。
钢的硬度是指材料表面抵抗塑性变形或破裂的能力,影响钢的硬度因素有化学成分、晶粒的大小、组织结构及杂质等,在化学成分、轧制工艺稳定的前提下,成品硬度的影响因素主要取决于成品热处理制度。
20Cr13棒材轧制工艺流程:方坯→加热→轧制→锯切→棒材退火→矫直→检验→交库。20Cr13棒材退火主要使用台车炉、坑式炉、箱式退火炉等三种不同炉型。退火炉主要参数见下表1:
表1 退火炉主要参数
项目
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坑式退火炉
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台车退火炉
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箱式退火炉
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炉数(坑位)
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4
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4
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3
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装炉量(吨)
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≤80
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≤60
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≤80
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加热方式
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热电阻
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煤气喷嘴
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热电阻
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不同炉型与棒材硬度关系见下表2。
表2 不同炉型与棒材硬度关系
项目
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坑式退火炉
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台车退火炉
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箱式退火炉
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规格(mm)
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100
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100
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100
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装炉量(吨)
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78.754
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71.344
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96.059
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硬度(HB)
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191
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172
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206
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通过对不同炉型同规格、冷装情况比较可知,台车炉的硬度值最低,坑式炉其次,箱式炉最高。
不同装入方式与棒材硬度值比较见表3。
表3 不同装入方式与棒材硬度值
项目
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坑式退火炉
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台车退火炉
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箱式退火炉
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装入方式
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热装 冷装
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热装 冷装
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热装 冷装
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规格(mm)
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92 -
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92 92
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92 92
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硬度(HB)
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178 -
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162 161
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167 181
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太钢技术人员通过对退火热处理工艺分析,对比各炉型退火处理参数与硬度的关系,确定了降低钢材硬度的控制措施:
1)退火炉型选用及改进:以台车退火炉为主处理,同时加强对采用煤气加热炉型温度调整的控制,制定合理的操作制度,减小炉内温度偏差,提高温度命中率,降低硬度及减小波动;
2)规格分段:分规格段制定了相应的热处理工艺,减小规格差异对硬度的影响;
3)装炉方式:在相同工艺条件下,台车退火炉进行预热并保温一定时间后,再按热装工艺处理,硬度可达到热装的处理水平;
4)规范装炉量:控制在50~90%的处理量,减少炉内层差影响,既能保证发挥炉子的处理能力,也能降低硬度。
综上所述,在综合分析20Cr13棒材硬度偏高的因素下,重点对棒材退火工艺进行了分析探讨,并采取相应措施有效地降低了其硬度,使硬度值达到要求的比例有改进前的61%提高到了91%,有效解决了20Cr13棒材硬度波动和硬度值偏高的问题,满足了用户的要求。