服务热线：可调缩孔合金耐磨芯板淬火工艺详解
2018年11月27日
沧州五森管道有限公司
将可调缩孔芯板材料加热到AC1或AC3以上30℃~50℃温度，保温后快冷的工艺过程叫淬火。
与正火相比，淬火的冷却速度 快，结晶时的过冷度 大，因此导致大量的过冷奥氏体转移到较低的温度下进行转变。从第三章的 节中已经知道，此时可调缩孔芯板得到的组织主要是马氏体组织，它的存在导致材料的强度和硬度大幅度上升，而塑性和韧性则大幅度下降。马氏体组织是一个不稳定组织，它会通过常温时效而使材料尺寸和形状发生变化，也会导致材料的耐蚀性下降，故对于流体输送用的管子及其元件来说，不希望其 终组织为马氏体组织。这种情况下，淬火往往是作为预处理，随后进行高温回火处理，可以获得优良的综合机械性能，因为淬火过程过冷度较大，结晶形核数量较多但又没有充裕的时间长大，因此得到的晶粒较细，再加上回火后马氏体转变成了性能较好的索氏体或屈氏体，故使得材料的综合性能优于退火和正火。人们习惯上把淬火+回火的热处理方法叫调质热处理。但对于可调缩孔芯板要求耐磨的材料，马氏体组织可以作为 终组织。
工程上，可调缩孔芯板淬火的目的主要有以下几方面：
a、提高材料的硬度和耐磨性。例如阀杆和阀板的热处理;
b、淬火+低温回火，可提高材料的弹性。如弹簧的热处理即如此;
c、淬火+高温回火，可获得优良的综合机械性能。
淬火热处理在工程上是一个比较难以控制的热处理过程，如果控制不好，反而会导致材料的性能变坏，这也是它在石化管道上可调缩孔芯板应用不多的主要原因。ASTM材料规范规定，当制造商同意时，才采用淬火+高温回火热处理，而对于用户无 殊要求时，一般都是采用正火或正火+回火以代替淬火+回火热处理。
影响可调缩孔芯板淬火热处理效果的因素主要有以下几方面：
1、加热参数的影响
加热参数包括加热温度、加热速度和加热保温时间。
加热温度太高时，将得到粗片状马氏体组织，同时引起可调缩孔芯板较严重的变形，甚至引起产品的淬火开裂。加热温度太低时，可得到非马氏体组织，从而降低材料的硬度、耐磨性和调质效果。
加热速度太快时，会造成较大的温度梯度，从而产生较大的热应力和组织应力，对形状复杂的可调缩孔芯板，这些应力会导致产品的变形和开裂。当然，对于正火和退火，过大的加热速度也会导致这样的结果。如果加热速度太慢，虽然对淬火组织影响不大，但却增加了热处理时间，也增加了热处理成本。
加热保温时间太长时，产生的影响同加热温度较高时相同。如果加热保温时间较短，奥氏体转化不完全，将导致淬火后的组织中出现非马氏体组织。
2、冷却速度及冷却介质的影响
前文提到的淬火控制难度大主要是指其冷却速度控制难度大，这是因为，淬火后要想得到马氏体组织，必须要有足够快的冷却速度，使其转变温度迅速跨过珠光体类和贝氏体类转变温度区，而使大量的过冷奥氏体在马氏体转变温度下进行转变。然而，冷却速度过快，会造成可调缩孔芯板较大的热应力和组织应力，从而导致产品的变形和开裂，而此时的热应力和组织应力远大于加热时的应力值(因加热升温速度远小于冷却降温速度)，故冷却时开裂和变形的可能性 大。如何处理这个矛盾是 棘手的事情。事实上，要想得到淬火马氏体组织，并不需要整个冷却过程的冷却速度都很快，而只要在珠光体和贝氏体转变温度区间快速冷却即可。在马氏体转变温度区间，冷却速度应控制在较小值，以利于过冷奥氏体的充分转变，否则会残留部分过冷奥氏体在组织中，从而降低材料的硬度。可调缩孔芯板冷却速度放慢，还有利于减小热应力和组织应力。所以理想的淬火冷却速度是一个变化的冷却速度，但能达到这一要求的冷却介质却很难找到。
目前，常用的淬火冷却介质有水、盐水和油。
采用盐水作冷却介质时，由于盐水中的氯化钠晶体在产品表面的析出和爆裂，有效地破坏了可调缩孔芯板表面的蒸汽膜，故其冷却速度比清水快，因此它常用于淬硬性不强、形状简单的产品。
油的导热率与水相比比较低，故材料在油品中的冷却速度也比较低，大约是在水中冷却速度的四分之一，因此油品作为淬火冷却介质时，常用于淬硬性较强的材料。
3、材料淬透性的影响
所谓金属材料的淬透性，是指它淬火后获得马氏体层深度的能力。它与淬硬性不同，后者是指淬火后获得马氏体 硬度的能力。
可想而知，对于一个厚度较大的金属产品，当冷却时，由于可调缩孔芯板表面与芯部存在温度梯度的原因，可能会使芯部得不到足够的冷却速度而形不成马氏体组织。在随后的回火过程中，其表面和芯部的组织也 不一样，从而导致材料机械性能的下降。
除了冷却速度对材料的淬透性有影响外，化学成分则是影响淬透性的主要因素。材料的含碳量越高，产生马氏体的倾向越大，故可调缩孔芯板材料的淬透性越大。试验证明，大多数合金元素如Mn、Mo、Cr、Al、Si、Ni等都能 提高材料的淬透性和淬硬性，这些合金元素含量较高的高合金钢，有强烈地马氏体转变能力，有的甚至在正火过程中 可产生马氏体组织。
值得一提的是，奥氏体不锈钢的固溶热处理从方式上说基本上属于淬火热处理，但它又不同于一般的淬火热处理。因为奥氏体不锈钢常温组织 是奥氏体组织(它是通过加入大量的铬和镍元素使其奥氏体相区(γ相区)扩大到常温范围内)，故它不存在淬硬的问题。此时的固溶处理实质上是将可调缩孔芯板材料加热到一定的温度(一般为1050℃~1150℃)，并保温一定的时间，使过剩的碳原子充分固溶到高温奥氏体中，然后进行急冷，使碳原子来不及在冷却时再次从奥氏体中析出(高温奥氏体与常温奥氏体的溶碳能力不同)，从而得到过饱和的奥氏体固溶组织。固溶热处理的目的主要是防止过剩的碳在晶界上析出，从而导致可调缩孔芯板奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏化。
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