增刊1 杨栋杰等：热处理工艺对27SiMn钢力学性能的影响 ·35· 定了最优热处理工艺制度，并现场生产获得了各项 无缝厚壁液压支架管，其化学成分见表1. 性能均合格的成品. 2实验方案 1 实验材料 沿管轴向截取轴向200mm,径向25mm,周向 实验材料取自包钢无缝钢管厂生产的27SiMn 25mm的长条试样，用于制作拉伸试样和冲击试样， 表127SiMn钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of 27SiMn steel % 牌号 Si Mn Cr Ni Cu 27SiMn 0.32 1.29 1.33 0.003 0.0189 0.079 0.011 ≤0.009 采用RX3-158型箱式电阻炉加热及保温. 样.拉伸试验按照GB/T228一2002标准，主要检测 热处理工艺参数为：淬火温度T,、淬火保温时 不同热处理工艺下屈服强度R、抗拉强度R、伸长 间t,、回火温度T2和回火保温时间2·根据测得的 率A、断面收缩率Z和冲击功， 27SiMn临界相变点温度Te为855℃，淬火加热温 3工艺参数对力学性能的影响 度在855+(30~70)℃范围.淬火保温时间根据生 产钢管的最大壁厚设定 GB/T17396一1998标准中对27SiMn液压支架 正交试验为四因素三水平的实验，具体的工艺 管的性能要求：屈服强度835MPa、抗拉强度980 参数如表2所示，按正交表L。(3)安排实验.按照 MPa、伸长率12%、断面收缩率40%和冲击功39J. 正交试验表设计的四因素三水平实验，共做九组，实 按表3进行热处理正交试验，相应工艺下力学性能 验方案如表3所示 如表4所示. 根据表4测定的力学性能结果，对不同的性能 表2四因素三水平正交试验 Table 2 Orthogonal experiments with four factors and three levels 指标分别计算各因素三个水平下的平均试验指标及 淬火温度，淬火保温时间，回火温度，回火保温时间， 极差，分析不同热处理工艺参数对27SiMn钢强度和 因素 T,/℃ /min T2/℃ t/min 韧性的影响规律，分析结果如表5所示. 由极差法可知，各因素对屈服强度、抗拉强度和 水平1 890 30 450 50 水平2 480 60 伸长率影响主次为：屈服强度，T2>T,>t2>t1:抗 910 40 水平3930 50 510 80 拉强度，T2>T1>41>2;伸长率，T2>T1>2>1,断 面收缩率，T2>t2>T1>t:冲击功，T2>T:>> 表3按照正交试验表设计的实验方案 1:可见，回火温度是屈服强度、抗拉强度、伸长率、 Table 3 Experimental programs designed by the orthogonal experimental 断面收缩率和冲击功最主要的影响因素，其影响水 table 平分别达到125MPa、144.3MPa2.5%、3%和8J. 淬火温度，淬火保温时间，回火温度，回火保温时间， 组号 3.1淬火温度和保温时间对力学性能的影响 T/℃ t/min T2/℃ t2/min 当回火温度在450~510℃，回火时间在50~80 890 30 450 50 min范围内时，淬火温度对27SiMn力学性能的影响 2 890 40 480 60 如图1所示.随淬火温度升高，合金碳化物逐渐分 3 890 50 510 80 解，合金元素C、Mn、Si在奥氏体中的溶解量增加， 4 910 30 480 80 固溶强化效果加强，使得强度增加：另一方面，随 910 40 510 50 淬火温度升高，奥氏体晶粒逐步长大，得到粗大的马 6 910 吃 450 60 930 30 510 60 氏体组织，且奥氏体稳定化后残余奥氏体量增多，强 40 度降低.综合作用，强度增加浮动不大，随着淬火 930 450 80 9 930 50 480 50 温度升高，伸长率逐渐降低，当淬火温度为890℃ 时，伸长率最大.材料的冲击功在930℃时达到最 按照表3设计的正交试验方案进行热处理，将 大值.为了使性能满足GB/T17396一1998要求，同 调质处理后的试样加工成标距尺寸为50mm的中l0 时考虑到包钢对材料的韧性要求，即保证强度的同 mm拉伸试样和10mm×10mm×55mm的冲击试 时，以韧性性能为目标，因此淬火温度选择930℃.增刊 1 杨栋杰等: 热处理工艺对 27SiMn 钢力学性能的影响 定了最优热处理工艺制度，并现场生产获得了各项 性能均合格的成品． 1 实验材料 实验材料取自包钢无缝钢管厂生产的 27SiMn 无缝厚壁液压支架管，其化学成分见表 1． 2 实验方案 沿管轴向截取轴向 200 mm，径向 25 mm，周向 25 mm 的长条试样，用于制作拉伸试样和冲击试样， 表 1 27SiMn 钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 27SiMn steel % 牌号 C Si Mn S P Cr Ni Cu 27SiMn 0. 32 1. 29 1. 33 0. 003 0. 0189 0. 079 0. 011 ≤0. 009 采用 RX3--15--8 型箱式电阻炉加热及保温． 热处理工艺参数为: 淬火温度 T1、淬火保温时 间 t1、回火温度 T2和回火保温时间 t2 ． 根据测得的 27SiMn 临界相变点温度 TAc3为 855 ℃，淬火加热温 度在 855 + ( 30 ～ 70) ℃范围． 淬火保温时间根据生 产钢管的最大壁厚设定． 正交试验为四因素三水平的实验，具体的工艺 参数如表 2 所示，按正交表 L9 ( 34 ) 安排实验． 按照 正交试验表设计的四因素三水平实验，共做九组，实 验方案如表 3 所示． 表 2 四因素三水平正交试验 Table 2 Orthogonal experiments with four factors and three levels 因素 淬火温度， T1 /℃ 淬火保温时间， t1 /min 回火温度， T2 /℃ 回火保温时间， t2 /min 水平 1 890 30 450 50 水平 2 910 40 480 60 水平 3 930 50 510 80 表 3 按照正交试验表设计的实验方案 Table 3 Experimental programs designed by the orthogonal experimental table 组号 淬火温度， T1 /℃ 淬火保温时间， t1 /min 回火温度， T2 /℃ 回火保温时间， t2 /min 1 890 30 450 50 2 890 40 480 60 3 890 50 510 80 4 910 30 480 80 5 910 40 510 50 6 910 50 450 60 7 930 30 510 60 8 930 40 450 80 9 930 50 480 50 按照表 3 设计的正交试验方案进行热处理，将 调质处理后的试样加工成标距尺寸为 50 mm 的 10 mm 拉伸试样和 10 mm × 10 mm × 55 mm 的冲击试 样． 拉伸试验按照 GB /T 228—2002 标准，主要检测 不同热处理工艺下屈服强度 ReL、抗拉强度 Rm、伸长 率 A、断面收缩率 Z 和冲击功． 3 工艺参数对力学性能的影响 GB /T 17396—1998 标准中对 27SiMn 液压支架 管的性能要求: 屈服强度 835 MPa、抗拉强度 980 MPa、伸长率 12% 、断面收缩率 40% 和冲击功 39 J． 按表 3 进行热处理正交试验，相应工艺下力学性能 如表 4 所示． 根据表 4 测定的力学性能结果，对不同的性能 指标分别计算各因素三个水平下的平均试验指标及 极差，分析不同热处理工艺参数对 27SiMn 钢强度和 韧性的影响规律，分析结果如表 5 所示． 由极差法可知，各因素对屈服强度、抗拉强度和 伸长率影响主次为: 屈服强度，T2 ＞ T1 ＞ t2 ＞ t1 ; 抗 拉强度，T2 ＞ T1 ＞ t1 ＞ t2 ; 伸长率，T2 ＞ T1 ＞ t2 ＞ t1，断 面收缩率，T2 ＞ t2 ＞ T1 ＞ t1 ; 冲击功，T2 ＞ T1 ＞ t2 ＞ t1 ． 可见，回火温度是屈服强度、抗拉强度、伸长率、 断面收缩率和冲击功最主要的影响因素，其影响水 平分别达到 125 MPa、144. 3 MPa、2. 5% 、3% 和 8 J． 3. 1 淬火温度和保温时间对力学性能的影响 当回火温度在 450 ～ 510 ℃，回火时间在 50 ～ 80 min 范围内时，淬火温度对 27SiMn 力学性能的影响 如图 1 所示． 随淬火温度升高，合金碳化物逐渐分 解，合金元素 C、Mn、Si 在奥氏体中的溶解量增加， 固溶强化效果加强，使得强度增加［8］; 另一方面，随 淬火温度升高，奥氏体晶粒逐步长大，得到粗大的马 氏体组织，且奥氏体稳定化后残余奥氏体量增多，强 度降低． 综合作用，强度增加浮动不大． 随着淬火 温度升高，伸长率逐渐降低，当淬火温度为 890 ℃ 时，伸长率最大． 材料的冲击功在 930 ℃ 时达到最 大值． 为了使性能满足 GB /T 17396—1998 要求，同 时考虑到包钢对材料的韧性要求，即保证强度的同 时，以韧性性能为目标，因此淬火温度选择 930 ℃ ． ·35·