摘要：20CrMnSiNi2A钢系80年代研制的低碳马氏体高强度结构钢。用此钢制造履带诱导齿圈和履带板等零件，经常规热处理工艺处理后塑性指标往往达不到技术要求。通过预热处理，与原热处理工艺比较，在保持同等高强度的前提下，δ、ψ提高约40％，αK提高约15％，从而确保了20CrMnSiNi2A钢最佳强韧性配合。
关键词：预热处理 细颗粒碳化物 强韧配合
1 前言
20CrMnSiNi2A高强度结构钢是为满足履带板等零件特殊使用条件要求而研制的新钢种，采用淬火低温回火工艺，以获得低碳马氏体为主的显微组织。该钢具有高的强韧性，抗拉强度可达1500MPa，冲击值可达100J／cm2以上。诱导齿圈和履带板工作条件恶劣，承受交变拉伸、弯曲和冲击负荷。20CrMnSiNi2A钢自80年代初投入批量生产以来，组织性能比较稳定，使用效果比较好。实际投产后，对此钢的性能验收标准进行了调整，按HV94—86验收标准执行，如表1所示。表1 20CrMnSiNi2A钢力学性能
 尽管如此，该钢组织性能仍不够稳定，如批号为90-6-A，89-7-A的φ85mm和φ40mm两批圆钢，按常规工艺热处理后，塑性指标δ、ψ均不合格。因此有必要对该钢的热处理工艺进一步探索。本文针对预热处理对20CrMnSiNi2A钢组织性能的影响进行了研究。
2 热处理工艺试验
2．1 20CrMnSiNi2A钢经常规工艺处理后的力学性能和显微组织
将批号为89-6-A1、89-6-A2、89-7-A1和89-7-A2圆钢加工成φ25mm试棒，在箱式炉内加热至900℃×40min油淬，在烘箱内200℃×150min回火，其力学性能如表2所示，显微组织见图1为低碳马氏体组织。表2 20CrMnSiNi2A钢经900℃油淬、200℃回火后的力学性能
 
图1 20CrMnSiNi2A钢经淬火回火后的显微组织 ×400
2．2 20CrMnSiNi2A钢增加预热处理后力学性能和显微组织
将批号为89-6-A1、89-6-A2、89-6-A3、89-6-A4、89-6-A5、89-7-A1和89-7-A2圆钢加工或25mm试棒，在5kW箱式炉内680℃×60min预热910℃×25min油淬200℃×150min回火，其力学性能如表3所示。表3 20CrMnSiNi2A钢经预热和淬火回火后力学性能
 20CrMnSiNi2A钢经680℃充分预热处理，组织为索氏体和大量弥散分布的颗粒状碳化物，如图2所示。为淬火作组织准备。
图2 20CrMnSiNi2A钢经680℃预热后显微组织 ×200
20CrMnSiNi2A钢经680℃×60min充分预热→900℃×25min油淬，200℃回火显微组织为低碳马氏体，如图3所示。
图3 20CrMnSiNi2A钢经充分预热后淬火回火处理的显微组织 ×400
3 分析讨论
20CrMnSiNi2A钢是在30CrMnSiNi2A超高强度钢基础上降低含碳量而获得的一种高强度钢。这种钢锻造空冷或正火空冷后主要得到贝氏体组织［1］，它与30CrMnSiNi2A钢一样，淬火低温回火后的抗拉强度与含碳量成直线关系。由于含碳量低于0.3％，因此含碳量对冲击韧度的影响不象30CrMnSiNi2A钢那样敏感。
20CrMnSiNi2A钢用于制造履带诱导齿圈及履带板等零件，这些零件工作条件恶劣，由于工作时承受复杂的交变载荷，如拉伸、弯曲、磨损和冲击等综合外力作用，因此该钢需要强韧性的最佳配合。充分预热的目的就在于寻求20CrMnSiNi2A钢强韧性最佳配合的一种途径。选择稍低于该钢Ac1（707℃）的680℃充分预热，获得了如图2所示高度弥散分布的细颗粒状碳化物。这种组织对淬火加热时获得细小的奥氏体具有最好的效果［2］。前苏联学者，C．C．施特因贝尔格及其同事对此进行了大量试验研究，研究结果表明：钢件淬火加热时奥氏体的晶粒大小主要取决于原始结构，即碳化物的形状和分散度。细粒状碳化物在奥氏体化过程中较片状碳化物不易溶解，因而起着阻止奥氏体晶粒长大的作用，这种组织在淬火温度范围内具有最小的晶粒和最小的晶粒长大倾向。试验证明20CrMnSiNi2A钢按常规工艺加热淬火奥氏体较粗，晶粒度为6～7级。20CrMnSiNi2A钢在Ac1以下充分预热，析出的细粒状碳化物，在Ac3以上保温时间又较短，在Ac3以上加热只溶解一部分，剩下的细粒状碳化物既作为淬火时转变的核心，又具有硬度高、耐磨性好的特点。这种弥散分布的粒状碳化物，不仅对提高20CrMnSiNi2A钢的强度有利，而且为该钢的强韧性最佳配合创造了条件。充分预热的热处理工艺的特点还在于由于部分粒状碳化物不溶解，因而奥氏体化时奥氏体本身的碳浓度不高和合金化程度不高，从而使马氏体转变点Ms升高，淬火时有利于马氏体转变和残留奥氏体减少。按常规工艺热处理获得较粗低碳马氏体＋铁素体显微组织时，这可能是由于锻造组织比较粗大，在冷却过程中有魏氏组织状铁素体出现，这种组织韧性较低，虽然在随后900℃加热淬火过程中铁素体可以消失，但锻造遗传性的影响仍不能彻底消除。
经生产实际考核，证明充分预热处理使20CrMnSiNi2A钢89-6A，89-7A两批近10t的40mm、85mm圆钢热处理后获得了良好的组织和优异的综合性能，而且预热处理工艺对其它类似钢种具有普遍意义。
4 结论
（1） 20CrMnSiNi2A钢680℃充分预热，析出高度弥散分布的细粒状碳化物，这种细小的粒状碳化物，不仅为淬火作组织准备，而且细化奥氏体晶粒，从而使该钢淬火时获得较细的低碳马氏体。
（2） 充分预热处理较常规热处理在保持σb不降低的前提下，δ、ψ提高40％，αK值提高15％，使20CrMnSiNi2A钢热处理后获得最佳强韧性配合。
参考文献
1 坦克车辆金相图谱编写组．坦克车辆金相图谱（组织部分）.北京：国防工业出版社，1986：149
2 邓奇文，黄涤凡．食品机械．湖南：食品机械出版社，1986：46
3 徐祖耀．马氏体相变与马氏体．北京：科学出版社，1980：97(end)
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