≮!奠、，警．名氐
合金结构钢
30CrMnSi回
火脆性分析及消除措施
121000)
张睿崔福洪
(中围电子科技集团公司第五十j研究所，辽宁盘锦
侪暂要】通过试验诫明30CrMnSi钢回火加热时的回火jj意，睦，提出采用高温固溶预处理、亚温淬火，等温淬火等热处理方法消除曰欠胞}生
的措施。
磅；键阃回火8玉洼；冲击韧性；等温淬火
1前言
30crMnSi钢由于不含稀缺元素镍(Ni)而机械性能良好，又有良好的焊接性能，在造船、航空航天的钢制零件中得到广泛应用。但这种钢在450一55a℃回火加热时，易发生回：k脆性，导致；中击韧性(aK)
阿氏，在使用过程中发生沿晶界疲劳断裂事故。分析原因，采取有效措
施，对避免这种现象发生十分重要。
2回火脆性产生原因分析
30CrMnSi钢产生回火脆性的原因主要有三：一是淬火加热温度
的影响，二是淬火冷却速度的影响，三是回火脆化现象。
21
30CrMnSi钢化学成分
30CrMnSi钢化学成分，见表1。
表1
30CrMnSi钢化学成分
钢号
化学成分，％
C
Si
Mn
Cr
30CrMnsi
0-27—0．34％0．9—1．2％
O．8-1．1％O．8一1．1％
22淬火加热温度的影响
根据Fe__Fe3c相图，30CrMnSi钢共析转变特点是在880—
900\"C范围内存在y+Fe3C和y+a二相区及a铁素体通过6铁素体长大析出，钢中C(碳)—般从y(奥氏体)中析出，但30CrMnSi钢中6铁素体也能析出碳C。当淬火加热温度由85a℃升至90a℃时，
硬度随温度升高呈抛物线变化，由85a℃的HRC42上升至90a℃的
HRC47，淬火组织中8铁素体量由85a℃的B5％上升至090a℃的
123％，晶粒度随着淬火加热温度升高随之长大，出现晶间碳化物及片
状a铁素体，在M(马氏体)和6铁素体相界上及d一5晶界上碳
化物颗粒粗大和密集，导致HRC、8b、6、aK值等机械力学性能降
至最低值。淬火后钢中碳(MZ6)量约1．5％一1B％。当淬火加热温
度850～900℃时，钢中晶间碳化物和a铁索体量更多，甚至碳(M。C6)形成封闭网状，无AR(残余奥氏体)，钢的综合力学性能，尤
其是冲击韧性ax值急剧降至最低值。因此，必须优化合金结构钢
30CrMnSi的淬火加热温度。
23淬火冷却速度的影响
淬火冷却速度应大干该钢淬火临界冷却速度，避免高温奥氏体分
解，以获得淬火马氏体组织。30CrMnSi钢中含有使碳曲线右移的铬【Cr)元素，因此，临界淬火冷却速度很小，可用较缓和的冷却介质淬火，即使空冷淬火也能淬透。30CrMnSi钢中碳(M∞C6)和P、S低熔
点非金属夹杂物，导致力学性能尤其是a。值急剧降低，发生点腐蚀和
应力腐蚀，在外力作用下成为疲劳裂纹源，导致晶间断裂。
随着淬火冷却速度减慢，M舀C。析出量逐渐增加，M刊C6在沿奥氏体晶界分布越严重，成为随后高温回火脆性发生源。金属碳化物(CrFebC6中含Cr量约为85％一90％，在晶界形成(Cr
F如3C6，将引起
附近晶界区严重贫Cr，30CrMnSi钢含有一定量的6铁素体，当缓冷时，首先在6铁素体和Y相界上的富Cr区中6铁素体发生部分分解，6—M趋C6+y使钢变脆，6铁素体严重贫铬，使之失去稳定性而转变成Y奥氏体，促使相邻6铁索体更易析出MdC。，相互交替
M∞C。与y相间的层状组织，导致冲击韧性a。值和抗腐蚀性能降低。
2．4回火脆北
30CrMnSi钢在450—55a℃回火加热时产生二次不可逆回火脆
254丽而军玎瓜)
化。钢中产生AR—M转变，硬度与强度增加，出现峰值，但a。值降低。在450～550℃回火过程中析出(Cr
Fe)-aC。和低熔点磷化物富集
于晶界，而未转变分解的残余奥氏体(AR)在冷却过程中继续转变为
马氏体(M)，虽然6。HRC略有上升，却使ax值和抗腐蚀性能急剧
喇氏’导致沿晶界疲劳断裂现象发生。
3消除回火脆性的措施孤高温固溶预处理、亚温淬火
30CrMnSi钢预先进行900～950℃油淬高温固溶预处理，使钢中的M趋CB、P化物和S铁素体及合金元素较充分溶入奥氏体，奥氏体充分合金化，淬火后易获得较多淬火板条状马氏体，强韧性较高，并在
随后的亚温淬火中促使更多的板条状马氏体生成。亚温淬火加热温度应
选择在该种钢的临界区Ac，～A曲之间。不同亚温淬火加热温度试验见表20
袁230Cr-lnS
i暂纠i同砭温淬火加热温度的力学性能
可f!温淬火加热8．8
b
8
5
，a
K
HRC
温度(±℃)(MPa)(MPa)
(％)(％)OPm2)
870℃．1h油淬
900—
1050～
550qc，4h回火．
10一12
40—4354．5734—36
920
1100
油淬850℃．1h油淬920．1080_550℃．4h回火。
12—14
44—46
55—58
34～36
930
1120
油淬
830℃。lh油淬550℃．4h回火。
940—
1100～12一14
44—46
59—6l
36二34
950
1140
油淬
表2中数据说明，选用87a℃亚温淬火油冷，55a℃，4h油冷高
温回火，获得优良综合机械性能，尤其具有很高的强度和韧性，消除了
55a℃附近回火脆l‰
32等温淬火
30CrMnSi钢在截面不大时等温淬火效果好于高温固溶预处理、亚温淬火。等温淬火获得下贝氏体组织，使抗拉强度6。和冲击韧性
d。有更好的匹配。下贝氏体转变是过冷奥氏体在介于珠光体转变和马氏体转变温度区间的一种转变，在奥氏体化后过冷至中温转变区等温停
留，获得铁素体和碳化物构成的复相组织，铁索体的形状呈板条状，若
干个平行排列的板条构成一束，与板条状马氏体接相似。
硅(Si)具有金刚石类型的点阵，在a—Fe和Y—Fe中都有限溶
解，室温下在a—Fe和中的溶船度为8—14％。硅能减少共析成分中的碳含量，提高共析点的温度，在钢中全部溶于铁索体，不生成碳化
物。含硅钢适用于等温淬火的原因是由于在下贝氏体区域进行等温转变时，未分解的奥氏体部分的碳含量增加比较多，提高了它的稳定性，因之冷却后可以得到组织高度分散的下贝氏体，但碳化物的量有些减少，
和稍多数量的残余奥氏体的混合物，故能得到强度和韧性的良好匹配。
在零件硬度要求适中，同时要求制件具有良好的韧性时，等温淬
火要比一般淬火获得更好的综合初械性能。30CrMnSi钢等温淬火和一
般淬火后机械性能的比较见表3。
应用科技
表3
30CrMnSi钢等温淬火后机械性能
6
热处理370℃等温淬火，15分油淬，450℃，回火，2h油淬，550cIC。
回火。2h
山(％)
a
K
8．(Mea)
8
h(MPa)
0em2)
(％)纵向横向
950—9801170一119515一1857—60112一11868—7l
1050～
1190一12lO8一11046—50
10801100一
1130一116012—15
1180
48—52
73—75
33—55
55—57
23～25
图2试验零件的安装
从表3中可以看出，30CrMnSi钢抗拉强度却相差不大，但横向冲击值比纵向相差达1倍以上。
4试验实例
30CrMnSi钢分别进行调质热处理和等温淬火热处理后，比较冲
击韧’№
4．1热处理工艺
30CrMnSj锅调质热处理工艺：淬火：880+10℃，油淬；回火温度500±1a℃，保温2h；试验件硬度：硬度HRC34—36；抗拉强度
6b：”70MPa。
圈3
Fr,#Jexr牛
试验结果：调质热处理的零件在A接触面横向断裂。
30CrMnSi钢等温淬火热处理工艺：37a℃等温淬火，15分：试验件硬度：硬度HRC33～35；抗拉强度8。：”50MPa。
42试件结构形式
等温卒火的零件振动过程中，无横向断裂现象发生。
4．4冲击韧}生的比较
在冲击试验台上进行冲击试验，调质热处理的零件，冲击韧性为
a
试件结构形式如图1所示：
K=31J／cm2；
等温淬火的零件，冲击韧性为a。=73J／cm20
从数据可以看出，等温淬火零件的；中击韧性约是调质热处理零件
冲击韧性的2倍多。
5等温淬火注意事项
罔l试验零件结构形式
4．3
1)等温后必须在200—250℃下进行回火以减少应力：
2)等温淬火要防止奥氏体在珠光体区域分解，故制件尺寸受到一定，30CrMnSi钢制件进行等温淬火的最大尺寸不得超过25mm。
k'J渤iL4#-实际使用状态进行试验
如图2所示，将配合件、固定件用螺钉与安装架紧固，安装架再与振动试验台用用螺钉紧固。固定件右端与试验零件过盈配合后打上固定销钉，试验零件A端与配合件单面有02mm的间隙。按图3的振动&q-q-进行振动试验。
澎考文娴
…雷廷救等．热处理工艺方法中囝农业机械出版}{：，1980
【2】2钢铁热处理编写组钢铁热处理——原理及应用．上海科学技术出版桂，
1979．
f3】胡光立等钢的热处理．两北工业犬学出版社，1993．
(上接第253页)
我单位有一台罐，由于设备原因，长期以来发酵液粘度一直较低，发酵水平月月倒数第一，为此我们从06年”月对此罐进行了技术攻关。第—步我们加大了种子量(增加了500／o)，取得了一定的效果，但与正常罐仍有不小的差距。第二步我们加大了基础配方浓度，但效果并
力，但由于进罐空气压力的刚氏，相应地降低了氧分压，影响了溶氧：而喇氏空气流量，虽然流量降低了，但由于进罐空气压力的保证，又一定程度上补偿了因空气流量刚氐而减少的溶氧水平，因此效果最好。
4讨论
粘度做为衡量发酵液的一个应用参数，在某种程度与菌丝浓度呈正相关关系，由于其测量方法的简便、快速，因此可以做为发酵的—个重要依据。粘度异常的形成机制非常复杂，目前我们根据粘度大小
不明显。第三步我们在是刚氏空2--L30ft,量，还是适当降低进罐空气压力，
抑或是两者综合利用。
为此我们进行了如下试验采取措施批数(批)发酵单位u／ml对照
AA+BA+B+CA+B+DA+B+C+D
83261332473516235()9837273．3465435I)07
变化采取的措施，有一部分也是属于治标雨台本的办法。此外热冲击在
培养周期(h)较对照提高率(％)
17i-3169．2178．3182．31871
5．765．5712．1l4．235．29
使用过程中被认为是—个行之有效的方法，但由于其作用机理不明，因此该方法的使用受到且还带有一定的风险性。
如何更好地利用粘度。特别是正确认识到粘度异常的产生机制，
才能对症下药，此外结合其他手段进行综合控制，明确在不同的生长阶段的不同的粘度保障值，也是未来的—个方向，这些都有待在今后工作中进一步摸索。可以肯定的一点是，适当地发酵液粘度是确保发酵水平的基础，尤其对于抗生素活性物质主要在菌丝内的抗生素发酵更为关键：其次控制粘度的手段并非仅仅取决于机械动力——_鱼D搅拌功
备注：A代表增加种子量：B代表加大基础配方浓度：C代表适当降低空气流量：D代表适当降f氏进罐空气压力。
从表中我们可以看出，降低空气流量效果最好，较原生产水平提高了12％以上，如果是降低空气压力，虽然能减弱一些对菌丝的冲击
率、搅拌方式，i蚴合控制，动用补偿或加抑机制同样可以收到较为
满意的结果。
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