基本信息

當(dāng)鑄件中氫的含量達(dá)到一定值時，其機(jī)械性能會嚴(yán)重降低,甚至產(chǎn)生氫脆,造成鑄件報廢。

從鑄件中的氫來源分析，鋼中氫的來源可分為“內(nèi)含的”和“外來的”兩種，前者是指鋼件在冶煉過程中及隨后的加工制造過程中吸收的氫；后者則是鋼件在服役環(huán)境介質(zhì)中含有的氫。由于生產(chǎn)出來的鑄件沒有進(jìn)行過加工制造，也不存在服役環(huán)境介質(zhì)問題，所以鋼件中氫的來源,只可能由冶煉過程中產(chǎn)生。根據(jù)這種情況制定針對不同材質(zhì)的去氫熱處理工藝。

工藝原理

去氫熱處理工藝原理為:

(1)由于氫是以原子或分子狀態(tài)分布在鋼中，只有采用分子熱運動學(xué)理論,制定合理升溫、保溫和冷卻方式，方能使鋼中氫向鋼件表面擴(kuò)散，達(dá)到去氫目的。

(2)由于含鉻13%以上的不銹鋼和鐵素體鋼在升溫到475℃時，伴隨有鋼的強(qiáng)度升高現(xiàn)象，造成鋼件變脆，因此選擇去氫溫度最好高于475℃[1]。

處理工藝

目前鑄造分廠采用的去氫熱處理工藝有兩種，主要針對材質(zhì)為ZG230-450軸瓦鑄件去氫，另外不銹鋼熱處理工藝也有很好的去氫效果，也作為本次對比研究的項目。

(1)制備去氫所需要的本體試樣每爐12件，分3個爐號共36件；

(2)制備不銹鋼梅花試樣每爐2件，分7個爐號共14件；

(3)用測氫儀對碳鋼不同狀態(tài)下的同一爐試樣做殘余氫含量對比分析，同時做機(jī)械性能對比及金相組織對比分析；

(4)對不銹鋼同一爐梅花試樣只做鑄態(tài)和熱處理后兩狀態(tài)下殘余氫含量對比分析。

去氫工藝對比

兩種去氫工藝都能達(dá)到去氫的目的，去氫效果630℃工藝優(yōu)于930℃工藝。去氫后鋼件金相組織對比的結(jié)果是630℃工藝優(yōu)于930℃工藝。去氫后鑄件的機(jī)械性能對比是,630℃工藝與930℃工藝相比，前者使鑄件的強(qiáng)度值和沖擊韌性值得以提高，而其他機(jī)械性能指標(biāo)兩工藝沒有明顯區(qū)別。630℃去氫工藝比930℃工藝單爐節(jié)約占爐時間74h，單爐燃料費節(jié)約5777.55元，單爐節(jié)約天燃?xì)?348.96m3。經(jīng)熱處理后,鋼中殘余氫有明顯變化,去氫效果佳[1]。

最佳去氫溫度

(1)從去氫效果對比可知，630℃去氫工藝比930℃去氫工藝好。其原因是，930℃去氫時由于采用爐冷，造成冷卻速度太慢，鑄件產(chǎn)生再次吸氫過程較長，從而使去氫效果變差；而630℃去氫時，采用空冷,冷卻速度快，鑄件產(chǎn)生再次吸氫過程較短，去氫效果好。

(2)從金相組織對比結(jié)果分析，630℃去氫后,鋼中組織比930℃去氫后鋼中組織優(yōu)。原因是930℃去氫時,保溫溫度為930℃，此時鋼中組織為奧氏體，經(jīng)爐冷后，組織變成鐵素體+珠光體，其中珠光體析出時存在枝晶偏析或網(wǎng)狀分布現(xiàn)象，使最終組織變差；而630℃去氫時，保溫溫度為630℃，此時鋼中組織與常溫下鋼中組織相比沒有變化,都是鐵素體+珠光體，因此不存在組織間轉(zhuǎn)化問題。另外，經(jīng)630℃去氫處理后，鋼中組織更加細(xì)化，分布均勻。

(3)從機(jī)械性能對比結(jié)果分析，630℃去氫后的鑄件與930℃去氫后的鑄件相比，其機(jī)械性能的強(qiáng)度值和沖擊韌性值都有很大提高，而其他性能沒有明顯區(qū)別，原因是630℃去氫后的鋼中組織比930℃去氫后的鋼中組織好。

(4)從經(jīng)濟(jì)效益對比結(jié)果可知，630℃去氫工藝與930℃去氫工藝相比，既節(jié)約占爐時間又節(jié)約燃料費用。原因是930℃去氫工藝保溫溫度比630℃去氫工藝高300℃；冷卻方式930℃去氫工藝為隨爐冷卻，冷卻時間比630℃空冷長一倍多；另外，930℃去氫工藝全部工藝過程為兩次，造成占爐總時間比630℃去氫工藝多兩倍多。

(5)從不銹鋼鑄態(tài)和熱處理后鑄件殘余氫對比結(jié)果可知，目前針對不銹鋼鑄件所采用的熱處理工藝，有很強(qiáng)的去氫效果。

原因是該熱處理工藝在對鑄件進(jìn)行熱處理前，首先采用保溫?zé)岣蠲翱诠に囘M(jìn)行預(yù)熱處理，其保溫溫度為630℃，保溫時間7～8h，空冷。另外，在進(jìn)行熱處理時，還采用兩次600℃回火去應(yīng)力的工藝方式，因此鑄件經(jīng)全部熱處理后，鋼中殘余氫都降到1PPM以內(nèi)，去氫效果明顯[2]。

總結(jié)

無論不銹鋼和碳鋼，只要升溫到630℃都能夠取得最佳去氫效果。另外，鑄造分廠通過兩種去氫工藝方案的對比研究，淘汰了930℃去氫工藝，軸瓦全部采用630℃去氫工藝[3]。