宋宏威 王 帥

(1.中國第一重型機械股份公司熱處理分廠，黑龍江161042；2.中核四○四有限公司，甘肅732850)

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SA-266M Gr.4材料的研究

宋宏威1王 帥2

(1.中國第一重型機械股份公司熱處理分廠，黑龍江161042；2.中核四○四有限公司，甘肅732850)

對SA-266M Gr.4材料的化學(xué)成分進行優(yōu)化控制，針對性地制定了熱處理工藝參數(shù)，并應(yīng)用于實際生產(chǎn)。檢驗結(jié)果表明，該種材料各項性能指標均一次性合格。

SA-266M Gr.4；化學(xué)成分；優(yōu)化控制；性能熱處理

以往我公司生產(chǎn)過小批量SA-266M Gr.4鍛件，其性能試驗結(jié)果不理想，強度指標不滿足技術(shù)要求，產(chǎn)品返修率較高，生產(chǎn)成本增加，不利于市場競爭。最近我公司承制了10臺反應(yīng)器合同，材質(zhì)均為SA-266M Gr.4，為順利完成此次生產(chǎn)，我們收集了以往相關(guān)資料，進行數(shù)據(jù)分析，并且制定了切實可行的方案。

1 技術(shù)要求與分析

用戶要求SA-266M Gr.4鍛件的化學(xué)成分與ASME標準化學(xué)成分對比見表1。用戶性能指標要求見表2。

表1 SA-266M Gr.4化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

表2 SA-266M Gr.4性能要求

根據(jù)用戶要求及我公司實際生產(chǎn)狀況，對此項目特征進行了分析，特點如下：

(1)有利條件

沖擊試驗溫度為10℃。雖然用戶要求值較高，但是參考現(xiàn)有的SA-105M及16Mn(R-HIC)數(shù)據(jù)，表明沖擊功沒有問題。SA-266M Gr.4材質(zhì)鍛件積累了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)不利條件

鍛件試樣位于T×T/2處取樣，強度不易合格。此種材料的淬透性低，以往生產(chǎn)的SA-266M Gr.4鍛件表面硬度達到要求值上限時，位于T/4處的拉伸強度指標卻滿足不了用戶要求(Rm：485 MPa～655 MPa)。模擬時間長。較以往生產(chǎn)的鍛件，本項目鍛件模擬時間增加了3 h，強度勢必會進一步降低。

2 優(yōu)化方案

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

化學(xué)成分優(yōu)化在優(yōu)化方案中起決定性的作用。因要求的抗拉強度值較高，須將能夠提高強度的元素盡量按上限控制，如C、Si、Mn。C含量的提高有助于鍛件強度值的增高，但是用戶要求較ASME標準中C含量要求低(見表1)，因此C含量上調(diào)空間有限。 Si元素使鍛件的屈服點和抗拉強度顯著提高，但塑性和韌性明顯降低。Mn元素能提高鍛件的硬度和強度，并能提高鋼的淬透性。

進一步統(tǒng)計以往類似材質(zhì)產(chǎn)品強度與合金元素數(shù)據(jù)并初步分析二者之間的關(guān)系。針對SA-266M Gr4和SA-105M材質(zhì)可以發(fā)現(xiàn)，如果強度大于490 MPa，則需：C含量≥0.19%，Si含量0.3%～0.35%，Mn含量1.24%～1.28%，Cr含量0.05%～0.06%，Ni含量0.05%～0.06%，Mo含量0.05%，V含量0.02%～0.03%，Ceq為0.420%～0.429%，詳見圖1～圖3。而對于16Mn(R-HIC)材質(zhì)，如果強度大于490 MPa，則需：C含量≥0.16%，Si含量0.27%～0.33%，Mn含量1.24%～1.30%，Cr含量0.08%～0.20%，Ni含量≥0.11%，Mo含量≥0.05%，V含量≥0.01%，Ceq為0.404%～0.418%，詳見圖4～圖6。

2.2 化學(xué)元素分析及確定元素組成方案

綜合以上強度與各元素的關(guān)系得知，對強度影響較大的Si、Mn元素含量最好控制在如下范圍：Si：0.3%～0.35%，Mn：1.20%～1.30%。C元素的控制應(yīng)多方面考慮，但是可以肯定的是Ceq、C、Cr、Ni、Mo、V越大越好，并且在滿足Ceq的條件下，應(yīng)盡量避免將有益的合金元素過于按下限控制，從而減小微合金化作用。進一步采用專業(yè)軟件模擬，得出SA-266M材質(zhì)中各元素關(guān)系：當Ceq≥0.38%時，才能保證強度≥485 MPa，其中Si為0.30%～0.35%，Mn為1.22%～1.35%，Cr為0.15%～0.20%，而C含量是通過Ceq和Cr、Mn含量進行反推計算的，可以得出控制范圍為0.15%～0.18%，其余Ni、Mo、Cu、V按殘余元素控制即可。必要時可以加入適量的Nb細化晶粒，可起到一定的強化作用，加入一定量的Cr還可以起到提高抗回火能力的作用。綜合實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)及軟件模擬結(jié)果，最終確定鍛件化學(xué)成分按表3進行控制。

圖1 強度與C含量關(guān)系

圖2 強度與Si含量關(guān)系

圖3 強度與Mn含量關(guān)系

圖4 強度與C含量關(guān)系

圖5 強度與Si含量關(guān)系

圖6 強度與Mn含量關(guān)系

2.3 工藝參數(shù)的選取

結(jié)合已經(jīng)確定的化學(xué)成分及生產(chǎn)現(xiàn)狀，調(diào)質(zhì)熱處理采用了圖7所示工藝參數(shù)。

圖7中，中間保持600～700℃的目的是：(1)減小鍛件內(nèi)外溫差，為相變做準備，使相變在鍛件的整個截面上進行，可以避免產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力。(2)減少高溫均溫時間，保證高溫階段較大的加熱速度，從而減少鍛件在高溫的停留時間，進而減少較大的氧化。

3 性能結(jié)果

本項目10臺反應(yīng)器共40件性能件，此40件鍛件均為1次調(diào)質(zhì)合格。其中我們選取了具有代表性的14個鍛件進行了性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其結(jié)果見表4。

表3 SA-266M Gr.4化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

圖7 熱處理工藝參數(shù)

序號有效壁厚/mmRm/MPaReL/MPaA(%)10℃沖擊功/J晶粒度等級123456789101112131417017017017017017017017017017019523523523552853053553051751953053252853054350551753734532832332131731532532131431537030530734338.535.533.53240373437343537403533.5188/214/213188/214/213140/132/107145/128/117113/120/160171/174/142132/145/152172/153/169142/126/138111/148/143179/165/170237/315/262117/155/162174/160/1677.57.57.57.07.57.07.57.07.57.57.07.57.07.0

4 結(jié)論

此項目40件鍛件性能檢驗全部合格，說明此次對SA-266M Gr4材質(zhì)化學(xué)成分的控制及制定的工藝方案是可行的，其中控制化學(xué)成分的效果顯著，但同時也發(fā)現(xiàn)一些不足之處，例如抗拉強度值多數(shù)位于要求范圍的中下限，個別鍛件位于要求值的下限。此次對化學(xué)成分的調(diào)整不僅為今后SA-266M Gr.4材料的化學(xué)成分再次優(yōu)化積累了參考數(shù)據(jù)，更為以后類似材質(zhì)的化學(xué)成分調(diào)整提供了參照依據(jù)。

[1] 康大韜, 葉國斌, 等. 大型鍛件材料及熱處理[M]. 上海: 龍門書局. 1998.

[2] 樊東黎, 徐躍明, 等. 熱處理工程師手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社. 2011.

[3] 褚錦輝，劉時雨. 42CrMo高硬度支重輪調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化[J]. 大型鑄鍛件, 2007(4).

編輯 陳秀娟

Research on SA-266M Gr.4 Material

Song Hongwei, Wang Shuai

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.

SA-266M Gr.4; chemical composition; optimization and controlling; property heat treatment

2016—02—16

宋宏威(1982—)，工程師，主要從事金屬材料工程研究。

TG316.1+7

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