厚壁管的热处理工艺优化研究

27SiMn钢管是液压支架立柱的常用材质,随着支架工作阻力的增加,对柱管的强度、硬度、支护高度等要求也相应增大,通过试验研究调整优化热处理工艺,增加厚壁钢管的淬硬层深度,从而增加柱管整体的支护强度。

立柱是液压支架实现伸缩功能满足支护高度范围的关键部件,而缸管是立柱的主要零件,并对支架的支护强度、可靠性和使用寿命产生直接影响。随着液压支架产品的工作阻力越来越大,支护高度越来越高,作为立柱主要零件的中缸管、大缸管的直径和管壁也越来越大,但涨缸现象还是时有发生。为了稳定缸管的疲劳强度,提高使用寿命,研究优化热处理工艺。

1现状分析

根据资料和供货厂家介绍,27SiMn厚壁管淬透性较高,在水中临界淬透直径达822mm。回顾近几年来,公司对厚壁(≥30mm27SiMn管材经调质处理后,物理性能变化规律:①硬度和淬硬层深度随管径大小及管壁厚度呈反向变化,管径愈大、管壁愈厚,其硬度与深度则相对低于管径小、管壁薄的零件;②硬度一般按HB240280控制,淬硬层深度一般在28mm范围内;③管壁外径表面的硬度(布氏)均高于内径表面。

2热处理试验

2.1试验材料、目的、设备

试验材料:中缸用27SiMn厚壁钢管,准350×53,长度为2110mm,其化学成分检测如表1所示。

试验目的:①柱管调质后硬度:HB270310,淬硬深度≥10mm;②力学性能:屈服强度和抗拉强度分别达到8501000MPa;③工艺方法趋于实际生产情况。为了保证试验结果对实际生产的指导性,直接截取L=1400mm钢管(重量与长度均大于实际零件的60%)进行热处理试验。试验设备:箱式电阻炉,钢管入炉水平放置加热保温。循环水淬火,水温2040℃,淬火时钢管垂直入水。

2.21轮试验

1)热处理工艺

调质工艺:900℃保温3h,淬水;550℃回火3h,空冷。

2)取样检测

表面硬度检测,在调质后的钢管外表面任意取3点,HB值分别为278270268,表面硬度只达到技术要求的下限。

将样件经下料锯床进行截段取样。端部空出500mm后,截取30mm厚度的圆环:①在壁厚的中线相隔120°取点,HB值分别为225224221,可见壁厚心部硬度偏低,但均匀性良好;②沿径向由外向内检测了7点,HB值分别为275244237223226232255。鉴于硬度检测不合格,未做其他检测。

2.32轮试验

1)热处理工艺

采用分段加热工艺,并增加保温时间。调质工艺:870℃,保温2h,温度升至900℃,保温2h,出炉淬水;550℃回火4h,空冷。

2)硬度检测

取样做缸管表层、中线、有里到外、由外到里的各部位的硬度检测(见表2)。

3)金相组织检测

内外表面各取122mm×17mm样块。要求分析其试验柱管的内表面及外表面,并分别向心部延伸的组织状态。金相检测报告显示,内外表面处系以回火索氏体为主的3种组织状态、1/2处(深10mm左右)系以回火索氏体及珠光体为主的4种组织状态、中间部位系以铁素体及珠光体为主的4种组织状态。

4)分析与讨论

调整了升温保温工艺,增加了总体保温时间,但检测结果显示,此调质工艺仍不理想。柱管心部硬度偏低;达标淬硬层薄,径向截面及轴向分层的硬度检测均说明该柱管的淬硬层较浅,仅有3~5mm,且HB值仅达到技术要求的下限。5mm深度后,其硬度值下降的较快,整体硬度偏低。

根据金相组织分析,在20mm厚度内,由表及里组织变化之快,组织种类之多,证明该钢种的淬透性不佳。作为主导产品常用的低合金钢,调质处理后回火索氏体组织层较薄,说明与调质工艺的加热温度、保温时间、冷却介质等因素有关。根据查阅的资料,奥氏体组织形成是在达到临界温度时瞬间(几秒钟)就完成了,在此温度保温可能使奥氏体晶粒粗大,进而降低钢的强度、硬度。

2.43轮试验

1)热处理工艺

调质工艺:930℃保温4h,出炉水淬;550℃回火4.5h,出炉空冷。

2)硬度检测

取样做缸管表层,中线,有里到外,由外到里的各部位的硬度检测见表3

3)力学性能检测

平行轴向取样9根(L=300mm),分3组,对每组按外、中、内各层取样,做拉伸试棒(15×20L=300mm),进行分层力学性能检测,见表4.

4)分析与讨论

温度增加没有出现担心的过烧现象,且取得了满意的试验效果。

在第3轮试验数据的基础上,选取了4种不同规格的管材(准351×43,准475×45,准395×60,准245×55),L=500mm,适当增减加热温度和保温时间,分别做了试验,都得到了比较理想的检测数据。

3结语

试验数据显示,对于国产27SiMn厚壁钢管(>30mm)采用920940℃,保温34h,水淬;540560℃回火3.54.5h,空冷的调质工艺,基本能达到能够达到试验目的,满足硬度和强度要求,淬硬层较深,内、外表面以下15mm范围内的硬度都在HB270310范围内,靠近内、外表面取的拉伸试样抗拉和屈服强度超过1050MPa870MPa

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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