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20Cr13阀杆的节能型热处理工艺

发布于:2015-11-20 15:40

  在碳素钢高中压阀门制造中,选用马氏体不锈耐热钢20Cr13作阀杆非常普遍。20Cr13阀杆一般热处理工艺为调质:920~980℃淬火+600~750℃高温回火,热处理时间长,能耗大。经长期探索与实践,我公司采用高温回火代替调质,所得阀杆各项力学性能均达到与调质相同的要求,节省了大量能源,同时也提高了生产效率,降低了阀杆的成本。

  1、20Cr13耐热不锈钢的化学成分和机械性能(GB/T1220-2007)

C% Si% Mn% P% S% Cr%
0.16-0.25 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.04 ≤0.03 12.00-14.00
σb
N/mm
σs
N/mm
δ
A%
ψ
Z%
Aku2
J
HBW
≥640 ≥440 ≥20 ≥50 ≥63 192-223

  2、20Cr13阀杆原调质工艺曲线:
20Cr13阀杆原调质工艺曲线

  3、20Cr13阀杆现高温回火工艺曲线:
20Cr13阀杆现高温回火工艺曲线1
20Cr13阀杆现高温回火工艺曲线2

  一般季节为油冷,夏季为风冷。

  4、热处理设备:采用高温台车式电阻炉或井式电阻炉。

  5、加热温度与时间:加热温度一般取720-740℃(根据含碳量),保温时间按3-4分钟/毫米,阀杆直径或工件厚度大的取下限,反之取上限。

  6、操作步骤:电阻炉空炉升温到720℃-740℃,将阀杆或工件进炉,到温后按阀杆直径或工艺厚度保足时间,出炉油冷。

  7、高温回火后20Cr13钢的机械性能及金相组织如下表:

σb
N/mm
σs
N/mm
δ
A%
ψ
Z%
Aku2
J
HBW 金相组织
658 467 22 53 65 200-225 回火索氏体

  可见,上述各项指标均符合GB/T1220-2007《不锈钢棒》国际要求,晶粒度评定为5级,可以正常使用。

  8、高温回火工艺的不足:20Cr13阀杆由于已经1100℃高温锻打,高温下合金元素已经扩散溶解,铬的碳化物基本溶于奥氏体,故一般情况下(只要锻造温度不过热)高温回火均可替代调质处理。但需要指出的是,由于锻件未经淬火处理(马氏体化),会存在部分残留奥氏体组织,高温回火后的组织晶粒度不及调质处理细,冲击性能指标不及调质处理高和稳定。所以,在选用高温回火替代调质处理时应予注意。

  9、关注点:由于20Cr13阀杆传统工艺路线一般是先经过自由锻打,然后进行调质处理。但现在不进行淬火而改为直接高温回火,因此,应注意管控20Cr13钢的锻造温度,切勿使其过热造成锻件晶粒粗大而导致材料的塑性指标尤其是冲击性能指标下降。

  这是因为20Cr13的相变线AC1温度为820℃,节能型高温回火温度最高才740℃,无法改变由过热引起的晶粒粗大,这点要尤为关注。刺猬,冷却方式也应重视,有资料显示,在强度和硬度相同情况下,油冷比空冷有更佳的塑性和韧性。

  结语:20Cr13这一马氏体耐热不锈钢由于其优良的机械性能,在通用机械行业得到广泛运用,是一种量大面广的金属材料。材料的热处理工艺传统上一直是淬火+高温回火,耗能又耗时。如果都能采用高温回火一次性解决,将可节约50%左右的热处理费用,节能减排,于己于国都是有利的。

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