17231(42CrMo)浇铸及热处理工艺

2023年12月29日发(作者：春节慰问信息)

1.7231（42CrMo）浇铸及热处理工艺

1.7231 成分要求：

C:0.38-0.45 Si:0.15-0.4 Mn:0.6-0.9 P≤0.025 S≤0.035

Cr:0.9-1.2 MO:0.15-0.3

1.7231 机械性能要求：

抗拉：800-950 屈服：≥600 延伸率≥12% 冲击≥31J

一：1.7231 化学成分的确定

（1）

碳（C）：超过共析成分后与Cr、Mn、Mo 等合金元素形成的碳化物固溶

于铁素体中强化基体，使钢的强度和硬度大幅度提高，从而提高钢的耐磨

性，但 C 过高则韧度降低，淬火时，随着 C 质量分数增加，淬火应力增加，

开裂倾向增大，但可以通过降低淬火温度减少开裂倾向。由此 C 控制为中

限 0.4-0.43。

（2）

硅（Si）:固溶于铁素体和奥氏体中，有明显的强化作用，Si 降低 C

在奥氏体中的溶解度，促使碳化物析出，提高强度和硬度。Si 和 O 的亲和力仅次于 Al 和 Ti，而强于Mn、Cr、V， 很好的还原剂和脱氧剂，可提高钢的致密度，但过高将显著降低钢的塑性和韧度， Si 对钢的韧性有不利的影响，特别是Cr、Mn、Si3 种元素同时存在时，在铸造中裂纹和开裂的倾向增大，生产工艺难度及废品率增加。 由此 Si 控制为中线偏下

0.2-0.3。

（3） 锰（Mn）：强烈增加钢的淬透性， 对生产中采用空冷淬火极为有利，

淬火后得到马氏体组织。Mn 又是较强的脱硫剂，可减少硫的有害作用。但过量的 Mn 会导致钢的淬火组织中奥氏体增加,易引起晶粒粗大,使钢的硬度下降。由此 Mn 控制为中线 0.6-0.7。

（4）

铬（Cr）：是碳化物形成元素，Cr 溶于奥氏体中强化基体且不降低韧度，推迟过冷奥氏体转变，增加钢的淬透性，Cr 使钢的强度和硬度明显提高，此外 Cr 能细化晶粒，提高回火稳定性，Cr 是强碳化物形成元素。在钢中随 Cr 量的变化，碳化物可转变为对抗磨有利的碳化物类型。当

Cr>4%时，即可有硬度较高的 M7C3 型碳化物出现，这有利于提高钢的耐磨性。另有部分Cr 溶入基体中，既强化基体又提高淬透性。Cr 在回火时能阻止或减缓碳化物的析出和集聚，使碳化物保持较大的分散度，有利于强度和硬度的提高.由此 Cr 控制为上限 1-1.1。

（5）

钼（Mo）：在钢中主要作用是提高淬透性，细化晶粒，改善碳化物的形态和分布，防止回火脆性，与 Cr 同时加入可改善冲击韧度，由此 Mo 控制为上限 0.25-0.3。

（6）

钛(Ti):Ti 是活泼元素。钢中加入微量的钛，可以明显细化晶粒，减少枝晶偏析，提高钢的强度和韧性。钛还是一种脱氧去气剂，在钢中形成极为稳定的 TiC。钛并不易溶解，只有当钢加热到 1000℃以上才缓慢地溶解，从而保证钢在热处理中能获得细晶粒组织。钛作为单一的微合金化元素添加到钢中，其含量必须达到一定量(Ti>0.04%质量分数)，才能起到析出强化作用。钛的加入不宜过量，否则会有多余的钛固溶于铁素体中。综合考虑 Ti 含量控制在 0.04%~0.15%为宜。

（7）

硼(B)：B 是主要的淬透性元素。在钢中添加 0.001%的 B，能显著提高材料的力学性能，特别是冲击韧性。B 在γ 及 a 固溶体中的溶解度不大，

且属缩小γ 相区的元素。B 和铁产生很稳定的硼化物———Fe2B 和碳能结合成碳化物。微量的 B 能大大提高钢的可淬硬性，但加入量极微。当 B

含量大于 0.007%后，钢发生“热脆”。为获得综合的机械性能，要将 B 含量范围控制在 0.002%~0.005%之间。

（8）

硫(S)、磷(P)为有害元素，在钢中应严格控制在下限。

二：熔炼工艺

（1）加料：加入废钢、钼铁后通电熔化，在开始通电的 6-8 分钟内供给 60%的

功率，待电流冲击停止后，逐渐将功率开至最大，随时注意捣料，防止炉料"搭

桥"并继续添加炉料。

（2）

造渣：炉料熔清后，加入造渣材料（石灰：萤石=2：1），石灰 5Kg,荧石 2.5Kg

造渣覆盖钢液，渣料加入量为总装量的 1-1.5%。

（3）

取样扒渣：炉料熔清后，取样分析C、S、P、Mo、Si、Mn，P，并将预热的铬铁及造渣材料加入炉内,渣料熔清后将功率降到 40-50%，倾炉扒渣，另造新渣。

（4）脱氧：渣料化清后，加入（石灰粉：铝线=1：2）石灰 0.3 Kg，铝线 0.6 Kg

进行扩散脱氧，脱氧过程中可用石灰粉和萤石粉调整炉渣粘度，同时在钢液温度

达到 1560℃（热电耦）以上时，扒除大部分炉渣，加入锰铁和造渣材料。

（5）

测温：测量钢液温度，要求出钢温度在1610-1630℃（热电耦），检查钢液脱氧情况。

（6）

加硅铁：出炉前5-10 分钟加入硅铁，加入量按规定下限配入，并根据试样调整化学成分。

（7）

各元素调整平衡后，造渣升温至1550℃除渣，在脱氧基本良好的洁净液面上加入钛铁(FeTi30)，Ti 在钢液中形成 TiN、TiC。TiC 颗粒细小，是阻碍奥氏体晶粒长大的有效质点，提高钢水的洁净度,得到 N、O、S 含量较小的洁净钢水，

可获得细晶粒组织。钛铁加入后及时升温，待钢液温度升至 1600℃时，扒渣及清除浮渣， 在脱氧良好洁净的液面上加入已预热的硼铁，并采用高效隔热保温剂覆盖，待钢液温度升至 1630℃~1650℃时，彻底除渣后倾钢。

（7）

出钢：钢液温度符合要求，停电出钢，在茶壶包中加入稀土 0.4kg 进行孕育处理，插铝线（0.8Kg/t）0.5Kg 进行终脱氧，最后加入覆盖剂，防止钢液氧化，并作成品分析。

（8）

浇注：钢液在包内镇静 3-5 分钟后进行浇注，要求浇注温度为 1530-1550℃

（热电耦）。

变质处理：变质处理是采用中性材料钢包，在出钢前 30min 将茶壶包预热至 800℃

左右，将已预热的稀土变质剂按钢液重量的 0.3%加入钢包底部，并用洁净的薄铁皮覆盖，以延长变质剂的反应，对钢液进行孕育变质。变质剂的加入量不得过量，过多的变质剂会使钢液中夹杂物数量增多，对材料的韧性带来不利影响。变质温度为 1550℃~1580℃。变质过程中造渣，扒渣两次，将被融渣吸附的悬浮夹杂物及非金属夹杂物排出。排渣即为清杂的过程。变质处理后及时在钢包的液面上覆盖钢包覆盖剂进行静置，待温度降至 1550℃~1580℃时，扒开茶壶包嘴浮渣进行浇注。

（9） 缩松产生的原因：均在靠近冒口附近局部区域产生不同程度的缩松，究其

原因，皆由于 ZG40CrMo 属多元低合金钢收缩大所致，为此在浇冒系统设计上应

保证建立良好的逐渐递增的温度梯度及形成合理的顺序凝固方式。由此浇铸前型

壳下面淬水，上部加保温棉，浇铸完后加保温剂。

三：热处理工艺

（1） 消除铸件铸后应力、改善组织，铸件铸后采用退火工艺以消除铸造应力

温

度

550℃

200-300

860℃

炉 冷 至

300 ℃ 后 出

1.5H

装炉

2H

时 间

退火工艺

注：1：装炉时在 200-300℃装炉。2：炉冷至 300℃后出炉空冷。

（2） 淬火工艺

860℃

820℃

620℃

速

降

水 冷

油 冷

装炉

1H

均

温

1H

1H

淬火工艺

注：1：装炉在 200-300℃装炉。2：水冷油冷即：820℃出炉后淬水，在水中冷却到 300℃左右时取出，进油

（柴油）中冷却至常温，油温控制在 30-70℃。3：在水中和油中冷却时，要不停的翻动零件，要求均匀淬火。

（3） 回火工艺

610℃

炉冷至 300℃

320℃

后出炉空冷

装炉

1H

2H

回火工艺

注：1：装炉时在 200-300℃装炉。2：炉冷至 300℃后出炉空冷。

（4） 此工艺理论机械性能：

抗拉：820-850 屈服 640-680 延伸 13-15 冲击：40-70J