摘要：文章针对41Cr4钢棒调质性能进行了研究，结合41Cr4合金结构钢的相变温度，通过对调质处理工艺参数的优化，包括淬火温度、回火温度和保温时间等，分别在辊底式连续调质炉和中频感应调质线制定了两种调质工艺试验方案。从调质的硬度、拉伸、冲击、组织等方面进行对比分析，并总结了不同的加热设备调质处理41Cr4钢棒性能的优缺点。结果表明，合适的调质处理可以显著改善41Cr4钢棒材的力学性能，提高其硬度和韧性。本研究为41Cr4钢棒材在实际应用中的调质处理提供了理论依据和实践指导。

　　关键词：41Cr4钢；调质；辊底式连续炉；中频感应加热

　　41Cr4钢是从欧洲引进的优质合金结构钢，是一种机械制造的原材料，属于超高强度钢，抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40#钢高，但其焊接性有限，有形成裂纹的倾向。41Cr4用于较重要的调质零件，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力、良好的低温冲击韧性和较低的缺口敏感性［1］，广泛应用于交变负荷下的零件、中等转速和中等负荷的零件。表面淬火后可做负荷及耐磨损性较高，而无很大冲击的零件，如齿轮、轴、套筒、曲轴、销子及风电紧固件等［2-3］。由于其良好的性能，市场的需求量日益增加，具有较高的经济效益。文章通过试验对比分析，着重介绍了不同的调质加热设备，对其性能的稳定性、生产效率的差异的影响。

　　1试验材料

　　试验选用的材料是江阴兴澄特种钢铁有限公司生产的41Cr4热轧棒材，生产工艺流程为：转炉（BOF）→精炼炉（LF）→真空脱气（RH）→连铸（CCM）→钢坯加热→粗轧→中轧→精轧→KOCKS减定径→下线→调质处理，钢材规格直径为φ42mm，其化学成分具体如表1。

　　2试验方案

　　本次试验制定了2种工艺流程，根据41Cr4钢实际测定的CCT曲线，如图1所示，其Ac1为743℃,Ac3为782℃［3］，设计了感应调质工艺和辊底式连续调质炉的调质工艺，如表2。

　　由于辊底式连续调质炉是多通道连续热处理炉，每架是按照5支布料，其布料方式如图2所示，所以感应调质在连续生产的5支棒料上，每支头、中、尾分别取样检验性能；辊底式连续调质炉在同一架料的5支棒料的每支头、中、尾分别取样检验性能，确保两次试验数据数量相同，具有对比性。

　　在已调质的试样上，从中间切断通过全自动磨抛机制作金相试样，采用4%的硝酸酒精腐蚀后，用IMAGER型金相显微镜在放大500倍下观察回火组织；采用BH3000型布氏硬度计测定试样的硬度。拉伸试样尺寸的选取及拉伸性能试验检测按GB/T 228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试样方法》进行。冲击试验按照GB/T 229—2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行-20℃试验，试样尺寸10mm×10mm×5mm，V形缺口。

　　3试验结果与分析

　　方案1，感应调质是对钢棒进行穿透式加热在线喷淋水环淬火，然后进行感应加热透热高温回火，可在连续作业生产线上完成的调质工艺。对于41Cr4亚共析钢，其Ac3温度约为782℃,常规热处理选取淬火温度为840~880℃［4］。但由于感应加热速度非常快，其临界点Ac3随加热速度的加快而升高［5］，而且要考虑奥氏体化的充分性，所以适当地提高了钢的奥氏体化的加热温度，如表2所示，再通过高温回火得到回火索氏体组织。在已调质的棒材上按照图2要求取样检测纵向力学性能，其检测的结果及性能要求见表3，均满足客户的技术要求。同时得到了较为均匀的回火索氏体组织，未见贝氏体组织及块状铁素体出现，如图3。

　　方案2，该辊底式连续调质炉是兴澄特钢与炉子制造商合作国内首创的一台小规格多通道辊底式连续调质炉，可热处理的规格直径为φ25~65mm。采用天然气加热，多区独立脉冲式控制加热，其布料方式如图2所示，相当于5条连续式传输通道，加热的均匀性好、效率高。该热处理炉的淬火系统，采用多通道独立水环在线喷淋淬火，使钢材奥氏体化后获得更均匀的淬火马氏体组织。针对41Cr4钢制定的调质工艺如表2中辊底式连续调质炉调质工艺，其调质后检测的结果及性能要求，均满足客户技术要求。同时得到的回火索氏体组织也较为均匀，相比方案1感应调质的晶粒度更细小、更均匀，如图4。

　　对于两种不同的调质工艺，辊底式连续调质炉调质的硬度、屈服强度、抗拉强度均比中频感应调质的高，如图5、图6、图7所示，但中频感应调质的冲击性能优于辊底式连续调质炉，如图8所示。根据理论原理分析，在一定范围内，材料的塑性性能越强，其韧性要略差，这与试验结果也是完全一致的。从微观回火组织看，辊底式连续调质炉调质获得了晶粒更细小的回火索氏体组织，提高了材料的综合机械性能。

　　对2次试验的φ42mm的材料，中频感应调质的产能约1.8t/h，而多通道辊底式连续调质炉的产能约为2.4t/h，相比中频感应调质产能提升约30%。中频感应调质采用电加热，加热温度也较高，而多通道辊底式连续调质炉加热温度低，采用天然气加热，成本更低，更安全环保。

　　4总结

　　综上所述，从以上两组试验结果可看出，多通道辊底式连续调质炉和中频感应加热调质都能得到满足用户使用的机械性能。其次，对于优质合金调质钢41Cr4，采用辊底式连续调质炉调质可以获得稳定的力学性能，综合力学性能优于传统的中频感应加热调质性能。同时，采用该多通道辊底式连续调质炉调质，提高了生产效率，降低了能源消耗，同时产品质量得到了提升。

　　参考文献

　　［1］傅璞.40Cr热处理工艺及其组织与性能［J］.机械工程与自动化，2005（5）：110-111+114.

　　［2］郭十奇，柯美武，陶会丽.42CrM0钢双排链轮轴调质工艺改进［J］.金属热处理，2011，36（6）：118-119.

　　［3］史可庆.淬火冷却速率对42CrMo4钢风电空心主轴的影响［J］.热处理技术与装备，2019，40（3）：34-39.

　　［4］樊东黎.热处理技术数据手册［M］.北京：机械工业出版社，2000.

　　［5］中国机械工程学会热处理学会.热处理手册［M］.北京：机械工业出版社，2008.