SA-266M Gr.4材料的研究

《大型铸锻件》　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＡＮＤ　ＦＯＲＧＩＮＧ　Ｎｏ．６　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２Ｏ１６　ＳＡ一２６６Ｍ　Ｇｒ．４材料的研究　宋宏威　王帅　（１．中国第一重型机械股份公司热处理分厂，黑龙江１６１０４２；　２．中核四。四有限公司，甘肃７３２８５ｏ）　摘要：对ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４材料的化学成分进行优化控制，针对性地制定了热处理工艺参数，并应用于实际生　产。检验结果表明，该种材料各项性能指标均一次性合格。　关键词：ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４；化学成分；优化控制；性能热处理　中图分类号：ＴＧ３１６．１　７　文献标志码：Ｂ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ＳＡ－２６６　Ｍ　Ｇｒ．４　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｏｎｇ　Ｈｏｎｇｗｅｉ，Ｗａｎｇ　Ｓｈｕａｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔａｒｇｅｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ａｃｔｕａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳＡ・２６６Ｍ　Ｇｒ．４；ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　以往我公司生产过小批量ＳＡ一２６６Ｍ　Ｇｒ．４锻　件，其性能试验结果不理想，强度指标不满足技术　根据用户要求及我公司实际生产状况，对此　项目特征进行了分析，特点如下：　（１）有利条件　要求，产品返修率较高，生产成本增加，不利于市　场竞争。最近我公司承制了１０台反应器合同，材　质均为ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４，为顺利完成此次生产，我　们收集了以往相关资料，进行数据分析，并且制定　了切实可行的方案。　１技术要求与分析　冲击试验温度为１０￣Ｃ。虽然用户要求值较　高，但是参考现有的ＳＡ．１０５Ｍ及１６Ｍｎ（Ｒ．ＨＩＣ）　数据，表明冲击功没有问题。ＳＡ　２６６Ｍ　Ｇｒ．４材质　锻件积累了一定的基础数据。　（２）不利条件　锻件试样位于Ｔ×Ｉ＇／２处取样，强度不易合　格。此种材料的淬透性低，以往生产的ＳＡ－２６６Ｍ　用户要求ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４锻件的化学成分与　ＡＳＭＥ标准化学成分对比见表１。用户性能指标　要求见表２。　表１　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４化学成分（质量分数。％）　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒ．４锻件表面硬度达到要求值上限时，位于Ｔ／４　处的拉伸强度指标却满足不了用户要求（Ｒ　：４８５　ＭＰａ一６５５　ＭＰａ）。模拟时间长。较以往生产的锻　件，本项目锻件模拟时间增加了３　ｈ，强度势必会　进一步降低。　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４（ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ，％）　Ｃ　Ｓｉ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　用户要求　≤Ｏ．２２　０．１５～Ｏ．３５　０．６Ｏ～１．３５　≤Ｏ．０２５　≤０．ＯｌＯ　ＡＳＭＥ要求　≤０．３０　０．１５～Ｏ．３５　Ｏ．８Ｏ～１．３５　≤Ｏ．０２５　≤０．Ｏ１Ｇ　２优化方案　２．１数据统计　表２　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４性能要求　Ｔａｂｌｅ　２　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅ￣ｙ　化学成分优化在优化方案中起决定性的作　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４　取样位置　ＰＷＨＴ　Ｔ×Ｔ／２（小件毛坯对实心锻件为Ｄ×Ｄ／４）　６２０℃×９　ｈ　用。因要求的抗拉强度值较高，须将能够提高强　度的元素尽量按上限控制，如ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ。Ｃ含量　的提高有助于锻件强度值的增高，但是用户要求　冲击功要求　硬度要求　拉伸试验　ＩＯ￣Ｃ冲击功≥４０　Ｊ，最小单一值３２　Ｊ　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４锻件表面１３７～１９７ＨＢＷ　Ｒ　：４８５　ＭＰａ～６５５　ＭＰａ　较ＡＳＭＥ标准中ｃ含量要求低（见表１），因此ｃ　含量上调空间有限。ｓｉ元素使锻件的屈服点和抗　拉强度显著提高，但塑性和韧性明显降低。Ｍｎ元　素能提高锻件的硬度和强度，并能提高钢的淬透　性。　收稿日期：２Ｏｌ６—０２—１６　作者简介：宋宏威（１９８２一），工程师，主要从事金属材料工程研　究。　进一步统计以往类似材质产品强度与合金元　７　Ｎｏ．６　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１６　Ｃｋ型铸锻件》　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＡＮＤ　ＦＯＲＧＩＮＧ　素数据并初步分析二者之间的关系。针对ＳＡ．　２６６Ｍ　Ｇｒ４和ＳＡ一１０５Ｍ材质可以发现，如果强度大　于４９０　ＭＰａ，则需：Ｃ含量＞１０．１９％，Ｓｉ含量０．３％　一０．３５％，Ｍｎ含量１．２４％～１．２８％，Ｃｒ含量　０．０５％一０．０６％，Ｎｉ含量０．０５％～０．０６％，Ｍｏ含　量０．０５％，Ｖ含量０．０２％一０．０３％，Ｃｅｑ为０．４２０％　～０．４２９％，详见图１一图３。而对于１６Ｍｎ（Ｒ．　ＨＩＣ）材质，如果强度大于４９０　ＭＰａ，则需：Ｃ含量　＞０．１６％，Ｓｉ含量０．２７％ｔ一０．３３％，Ｍｎ含量　１．２４％～１．３０％，Ｃｒ含量０．０８％～０．２０％，Ｎｉ含　量Ｉ＞０．１１％，Ｍｏ含量Ｉ＞０．０５％，Ｖ含量≥Ｏ．０１％，　ｃ。。为０．４０４％一０．４１８％，详见图４一图６。　２．２化学元素分析及确定元素组成方案　综合以上强度与各元素的关系得知，对强度　∞　憋瞪　啪蛳伽桃伽　■　皇　越　隳　碳含量（％）　图１强度与ｃ含量关系　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　童　黎　ｓｉ古量（％）　图２强度与ｓｉ含量关系　Ｆｉｕｇｒｅ　２　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｌｈｌ含量（％）　图３强度与Ｍｎ含量关系　Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　Ｍｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　Ｃ含量（％）　图４强度与Ｃ含量关系　Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　８　ｓｉ含量（％）　图５强度与ｓｉ含量关系　Ｆｉｕｇｒｅ　５　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　一　是　髓　氍　１．２２　１．２３　１．２４　１．２５　１．２６　１．２７　１．２８　１．２９　１．３　１．３１　ｌｈｌ含量（％）　图６强度与Ｍｎ含量关系　Ｆｉｕｇｒｅ　６　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　Ｍｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　影响较大的Ｓｉ、Ｍｎ元素含量最好控制在如下范　围：Ｓｉ：０．３％一０．３５％，Ｍｎ：１．２０％一１．３０％。Ｃ　元素的控制应多方面考虑，但是可以肯定的是　ｃ　、Ｃ、ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ越大越好，并且在满足Ｃ　的　条件下，应尽量避免将有益的合金元素过于按下　限控制，从而减小微合金化作用。进一步采用专　业软件模拟，得出ＳＡ－２６６Ｍ材质中各元素关系：　当Ｃ。。／＞０．３８％时，才能保证强度ｔ＞４８５　ＭＰａ，其中　ｓｉ为０．３０％～０．３５％，Ｍｎ为１．２２％～１．３５％，Ｃｒ　为０．１５％～０．２０％，而Ｃ含量是通过Ｃ。。和Ｃｒ、　Ｍｎ含量进行反推计算的，可以得出控制范围为　０．１５％～０．１８％，其余Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ按残余元素　控制即可。必要时可以加入适量的Ｎｂ细化晶　粒，可起到一定的强化作用，加入一定量的Ｃｒ还　可以起到提高抗回火能力的作用。综合实际生产　数据及软件模拟结果，最终确定锻件化学成分按　表３进行控制。　２．３工艺参数的选取　结合已经确定的化学成分及生产现状，调质　热处理采用了图７所示工艺参数。　图７中，中间保持６００—７００℃的目的是：（１）　减小锻件内外温差，为相变做准备，使相变在锻件　的整个截面上进行，可以避免产生较大的组织应　力。（２）减少高温均温时间，保证高温阶段较大　的加热速度，从而减少锻件在高温的停留时间，进　而减少较大的氧化。　３性能结果　本项目１０台反应器共４０件性能件，此４０件　《大型铸锻件》　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＡＮＤ　Ｆ０ＲＧＩＮＧ　Ｎｏ．６　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１６　表３　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４化学成分（质量分数。％）　Ｔａｂｌｅ　３　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ．４（ｎｌａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ，％）　Ｃ　ＡＳＭＥ　≤　Ｓｉ　Ｍｎ　Ｐ　≤　Ｓ　≤　Ｃｒ　≤　Ｎｉ　≤　Ｍｏ　≤　Ｃｕ　Ｖ　Ｎｂ　Ｃ　ｑ　≤　Ｏ．１５～　０．８Ｏ～　要求　０．３Ｏ　Ｏ．３５　１．３５　０．０２５　０．０２５　０．２Ｏ　０．２５　０．Ｏ８　≤　０．０５　≤　Ｏ．０５　Ｏ．５０　≤　Ｏ．０３～　０．４８—　０．Ｏ２　０．０４　０．５Ｏ　控制　０．２１～　０．３２～　１．２８～　≤　≤　０．１７～　≤　范围　Ｏ．２４　０．３４　１．３５　０．０２５　０．０２５　Ｏ．２０　Ｏ．０５　＼　魁　赠　时间／ｈ　图７热处理工艺参数　Ｆｉｇｕｒｅ　７　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　表４锻件调质后力学性能　Ｔａｂｌｅ　４　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｏｒｇｉｎｇｓ　ａｆｔｅｒ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　序号　有效壁厚／ｍｍ　Ｒ　／ＭＰａ　ＲｅＬ／ＭＰａ　Ａ（％）　ｌＯ℃冲击功／Ｊ　晶粒度等级　１　２　３　４　５　１７０　１７０　１７０　１７０　１７０　５２８　５３０　５３５　５３０　５１７　３４５　３２８　３２３　３２１　３１７　３８．５　３５．５　３３．５　３２　４０　１８８／２１４／２１３　１８８／２１４／２１３　１４０／ｌ３２／１Ｏ７　１４５／１２８／１　１７　１　１３／１２Ｏ／１６０　７．５　７．５　７．５　７．Ｏ　７．５　６　７　８　９　１７０　１７０　１７０　１７０　５ｌ９　５３０　５３２　５２８　３ｌ５　３２５　３２１　３１４　３７　３４　３７　３４　１７１／１７４／１４２　１３２／ｌ４５／ｌ５２　ｌ７２／１５３／ｌ６９　１４２／１２６／１３８　７．０　７．５　７．Ｏ　７．５　１Ｏ　ｌ１　１２　ｌ３　１７０　１９５　２３５　２３５　５３０　５４３　５０５　５ｌ７　３ｌ５　３７０　３０５　３０７　３５　３７　４０　３５　１　１　１／１４８／１４３　１７９／ｌ６５／１７０　２３７／３ｌ５／２６２　ｌ　ｌ７／１５５／ｌ６２　７．５　７．Ｏ　７．５　７．０　１４　２３５　５３７　３４３　３３．５　１７４／１６０／１６７　７．０　锻件均为１次调质合格。其中我们选取了具有代　ＳＡ一２６６Ｍ　Ｇｒ．４材料的化学成分再次优化积累了　表性的１４个锻件进行了性能数据统计，其结果见　表４。　４结论　参考数据，更为以后类似材质的化学成分调整提　供了参照依据。　参考文献　［１］康大韬，叶国斌，等．大型锻件材料及热处理［Ｍ］．上海：　此项目４Ｏ件锻件性能检验全部合格，说明此　次对ＳＡ－２６６Ｍ　Ｇｒ４材质化学成分的控制及制定的　龙门书局．１９９８．　［２］樊东黎，徐跃明，等．热处理工程师手册［Ｍ］．北京：机械　工业出版社．２Ｏｌ１．　工艺方案是可行的，其中控制化学成分的效果显　著，但同时也发现一些不足之处，例如抗拉强度值　多数位于要求范围的中下限，个别锻件位于要求　［３］　褚锦辉，刘时雨．４２ＣｒＭｏ高硬度支重轮调质热处理工艺参　数的优化［Ｊ］．大型铸锻件，２００７（４）．　编辑陈秀娟　值的下限。此次对化学成分的调整不仅为今后　９