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Mn13高锰钢的铸态处理组织中除奥氏体相外,还有析出的碳化物。为获得高韧性,必须予以热处理,以消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物。Mn13高锰钢的含碳量通常为1.3%左右,要消除其铸态组织的碳化物,需将钢加热到1000以上,并保温适当时间,使其碳化物完全溶解,随后迅速冷却,这种热处理通常称为水韧处理。水韧温度取决于铸钢成分,通常为10001100。过高的水韧温度会导致铸件表面严重脱碳,而且奥氏体晶粒中和晶界上将析出共晶碳化物。由于共晶碳化物是不能通过重新热处理来消除的脆性相,应尽量避免产生。Mn13高锰钢铸件在入炉之前,铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口要清理干净。粘砂对铸件加热或冷却都有隔热作用,使铸件加热和入水后的冷却不均匀,严重粘砂会降低铸件入水后的冷却速度,造成晶界碳化物重新析出。披缝较薄,在热处理加热时会产生脱碳,水淬后转变成马氏体,马氏体相变体积膨胀,可能会使铸件基体受到拉应力而开裂。Mn13高锰钢导热系数低,100以下为碳钢的1/41/6,600时为碳钢的1/25/7。高锰钢的热膨胀系数大,为碳钢的2倍,500以上时更大。虽然铸件在低温加热过程中无相变应力产生,但加热到300以上后会出现晶内和晶界上脆性碳化物增多的现象,有时会发生珠光体转变。Mn13高锰钢辙叉结构复杂,同一铸件壁厚相差悬殊,铸件本身存在不小的铸造应力。在热处理的加热或冷却过程中不同部位存在较大的温差,会产生热应力。这样,热应力和铸造应力叠加,使辙叉产生裂纹。因此,必须控制Mn13高锰钢辙叉的入炉温度和加热速度。Mn13高锰钢辙叉的热处理分冷辙叉处理和热辙叉处理。对于热辙叉,如果装入同一窑的所有辙叉的装窑温度基本和窑温一致,则这种工艺可以节约能源,提高效率。但在实际生产中装窑温度很难与窑温一致,且相差较大,主要原因有:不同炉次的辙叉开箱水爆后在同一窑中进行热处理,造成同一窑中辙叉的初始温度不同;由于连续生产,每天窑的初始温度也不尽相同;季节性的温度变化导致辙叉与窑的温度变化较大;辙叉在窑内的排序不同会造成一定的温差。这样导致辙叉与炉窑存在较大温差,导致辙叉在水韧处理后开裂。冷辙叉的装窑温度降到室温,热辙叉的装窑温度降到150。两种辙叉入窑后都均温1.01.5h后再升温。在650以下升温时,由于高锰钢晶界和晶内会析出碳化物,有时还会发生珠光体转变,因此升温速度要慢。改进后的工艺中,冷、热两种辙叉从150升温到650时,升温速度均为90/h,冷辙叉在150以下升温速度要降到70/h。此外,在650以下升温时,升温速度随高锰钢中C、P含量增加而放慢,这是因为C、P含量与热处理时加热裂纹密切相关。升温到650700时,要保温12h,目的是使辙叉温度均匀,消除铸造应力。温度大于650,超过了高锰钢的弹性变形温度,高锰钢由弹性状态进入塑性状态,而且脆性碳化物逐渐溶解到奥氏体中,钢的强度和塑性得到改善,加上保温处理,铸造应力得到消除。因此随后可以快速升温。TB/T447-2004规定对不含其他合金元素高锰钢辙叉的水韧处理温度为10001100。渗碳体型的碳化物溶解过程是碳从碳化物中向奥氏体中扩散,原来渗碳体相的铁原子自扩散并形成面心立方的奥氏体。(Fe,Mn)3C型碳化物中的碳原子和其他原子作用力较弱,扩散过程容易进行,溶解速度较快,加热到1000,(Fe,Mn)3C即可全部分解。为了加速分解、溶解和扩散,促进成分均匀化,固溶温度选为10501100。温度超过1050时,奥氏体晶粒已开始长大。当温度达到1120时,奥氏体晶粒长大明显。温度大于1150时,晶粒粗大,出现过热组织。在1100奥氏体转变完全,晶粒细小,碳化物弥散其中,并有较好的力学性能。而水韧温度为1150时,晶粒有变大趋势。保温时间只要能使碳化物充分溶解、成分基本均匀即可,过长的保温时间对力学性能无益。冷却的目的是得到过冷奥氏体,即把高温奥氏体组织保留到常温。为保持碳化物完全溶解和获得稳定的奥氏体组织,必须从Mn13高锰钢奥氏体化温度快速冷却。Mn13高锰钢经高温保温后,要以尽量快的速度冷却,以使高温时得到的单相奥氏体组织保持到常温。Mn13高锰钢辙叉产生裂纹的几率与其在窑炉中的位置大有关系,且不同的位置均有可能产生裂纹,无论是中间位置,还是顶部和边缘位置。此外,相同层次不同结构的辙叉出现裂纹的几率也不一样。复杂型结构辙叉比单开辙叉出现裂纹的几率要大,这是因为复杂型结构复杂,铸造残留应力大,同时,不同部位温差也大,通过均衡入炉温度、降低加热速率及合理安排码放位置等,经(10501100)2h固溶,可有效地减少裂纹的产生,提高了Mn13高锰钢力学性能及产品质量。以上文章来自上海尧率经贸有限公司整理, 地址:上海市浦东龙居路1号龙居大厦1502是
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