CN104388659B - 以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺 - Google Patents
以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺，属单层混凝土输送直管热处理技术领域。其热处理步骤为：经820℃加温，保温50分钟，出炉15秒内淬火，淬火30～50秒后冷却3～5分钟，清洗1～2分钟；再通过260℃回火温度回火110分钟，水冷1～2分钟。经本发明热处理后的45MnVNb材料硬度能达到50～52HRC，耐磨性提高50%以上，冲击韧性提高30%，强度提高10%以上，使用寿命提高50%。本发明操作简单，生产成本低，使用寿命长。解决了现有技术中为保证中碳合金钢混凝土输送管使用安全，而采取降低硬度、提高塑性的方法，导致产品使用寿命降低，生产成本增加的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺，属单层混凝土输送直管热处理方法技术领域。
背景技术
混凝土输送管是混凝土工程机械上用量最多、最易损坏的机件。混凝土泥浆对输送管的磨损和腐蚀，要求输送管内壁具有很高的硬度，同时，混凝土泥浆对输送管的冲击力，又要求输送管具有良好的韧度。现在市场上购买的主机均装配双层复合管，双层复合管的使用寿命普遍能达到4.5~5万方以上。但通过实践表明，双层复合管在使用过程中易起皮、堵管，给清洗管件或更换失效管件带来极大不便，且价格过高，因此在主机装配管失效后，客户更倾向使用性价比高的单层混凝土输送管。
但传统的单层混凝土输送管的材料一般采用中碳合金钢45Mn2，为提高该类材料的使用安全性，在热处理的过程中往往采取降低硬度、提高塑性的做法，从而极大的降低了该类管件的使用寿命，其热处理后硬度范围仅为38~45HRC，使用寿命仅有2万方左右，亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺。该工艺流程科学合理，操作简单，处理后单层混凝土输送管的硬度、强度、耐磨性和冲击韧性均得到极大提高，且使用寿命长，生产成本低；解决了现有技术为保证使用安全性而采取降低硬度、提高塑性的方法，导致极大地降低产品使用寿命，增加购买成本的问题。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的
一种以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺，其45MnVNb的材料由如下元素的质量百分比组成：碳0.42～0.49、硅0.17～0.37、锰0.90～1.20、钒0.02～0.15、铌0.015～0.060、铜0.07～0.10、S≤0.025、P≤0.025、余量为铁；其特征在于：热处理工艺是通过如下步骤完成的：
（1）奥氏体化加热：将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管通过工装悬挂于井式炉中，装炉温度为650℃～680℃，20分钟内加温至820℃±10℃，保温50分钟±5分钟出炉；
（2）淬火：出炉后15秒内将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管管件放入淬火槽内，淬火剂采用ZY-747-PAG水溶性淬火剂，淬火剂浓度为11%；将管件全部浸入淬火剂中上下运动30～50秒，淬火槽内配备有水冷却循环及超温报警系统，保证淬火过程中淬火剂温度不高于40℃；管件淬火30～50秒后在淬火槽中冷却3～5分钟，冷却时淬火槽内必须通过机械泵持续搅拌，冷却至室温；
（3）清洗：管件在淬火槽内完成冷却后移出淬火槽，转至清水槽清洗1～2分钟；
（4）回火：将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管装入回火炉，回火装炉温度为160℃，20分钟内将回火温度加温至260℃±5℃，回火保温110分钟±5分钟；
（5）冷却：回火后采用清水槽水冷，清水槽需要配备有水冷却循环及超温报警系统，保证在冷却过程中清水槽温度不得高于40℃；水冷时间为1～2分钟，冷却至室温后移出清水槽。
本发明与现有技术相比的有益效果在于
该以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺无需像传统工艺为保证其力学性能及冲击韧性而牺牲硬度及使用寿命，通过本发明热处理工艺处理后，硬度可达到50~52HRC，耐磨性能提高50%以上，冲击韧性提高30%，强度提高10%以上，泵送混凝土可达3万方以上，使用寿命能提高50%。本发明工艺流程科学合理，操作简单，使用寿命长，大大降低了成本。彻底解决了现有技术中为保证碳合金钢45Mn2混凝土输送管的使用安全性，而采取降低硬度、提高塑性的方法，导致极大降低产品使用寿命，增加购买成本的问题。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行详细描述如下：
该以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺，其45MnVNb的材料由如下元素的质量百分比组成：碳0.42～0.49、硅0.17～0.37、锰0.90～1.20、钒0.02～0.15、铌0.015～0.060、铜0.07～0.10、S≤0.025、P≤0.025、余量为铁。
该以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺是通过如下步骤完成的：
（1）奥氏体化加热：将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管通过工装悬挂于井式炉中，装炉温度为650℃～680℃，20分钟内加温至820℃±10℃，保温50分钟±5分钟出炉；
（2）淬火：出炉后15秒内将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管管件放入淬火槽内，淬火剂采用ZY-747-PAG水溶性淬火剂，淬火剂浓度为11%；将管件全部浸入淬火剂中上下运动30～50秒，淬火槽内配备有水冷却循环及超温报警系统，保证淬火过程中淬火剂温度不高于40℃；管件淬火30～50秒后在淬火槽中冷却3～5分钟，冷却时淬火槽内必须通过机械泵持续搅拌，冷却至室温。
（3）清洗：管件在淬火槽内完成冷却后移出淬火槽，转至清水槽清洗1～2分钟。
（4）回火：将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管装入回火炉，回火装炉温度为160℃，20分钟内将回火温度加温至260℃±5℃，回火保温110分钟±5分钟。
（5）冷却：回火后采用清水槽水冷，清水槽需要配备有水冷却循环及超温报警系统，保证在冷却过程中清水槽温度不得高于40℃；水冷时间为1～2分钟，冷却至室温后移出清水槽。
下面是经本发明的热处理工艺对45MnVNb处理后与45Mn2的有关性能的对比表。
表1热处理后45MnVNb与45Mn2力学性能与冲击韧性对比
（具体实验条件：按照GB/T288-2002，GB/T299-1994标准加工拉伸试样，在微控制电子式万能试验机WDW-E200上检测室温下材料的拉伸性能，3次试验取平均值；在JB-300冲击试验机上检测试样(V型缺口)冲击韧性，3次试验取平均值。）
表2热处理后45MnVNb与45Mn2硬度及耐磨性对比
（具体试验条件：MLS-225型湿氏橡胶轮磨粒磨损试验机，沙粒粒度20~40目，加载力100牛，240转/分，总转6000转，试样尺寸57×25.5×6mm，高精度电子天平称重。）
从材料耐磨性与硬度的关系及塑性变形机制与断裂机制之间的转化可以看出，随着材料硬度及耐磨性的上升，材料的失效机制依次为犁沟、微观切削与断裂。
该以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺，通过相同实验条件下取样在显微镜下比对45Mn2、45MnVNb可以看出，45Mn2材料的磨损表面存在大面积的犁沟形貌及塑性翻边和褶皱，是显微犁削机理的典型形貌；而45MnVNb的磨损表面存在大量平行的切削沟槽，是典型的微观切削形貌。因此，经本发明热处理后，45MnVNb材料制成的单层混凝土输送管的耐磨性和硬度得到明显提升，硬度提高10%以上，达到HRC50~52，耐磨性提高50%以上。同时根据试验管客户使用情况调查得知，该类输送管使用寿命增加50%，可泵送混凝土3万方以上。
与45Mn2材料相比，经本发明热处理后的45MnVNb材料具有较高的强度及冲击韧性，同时还保持了较好的塑性变形能力，这是因为微量合金元素的碳/氮化物在钢中的析出强化，铁素体及奥氏体的细晶强化及相变强化，从而有效的提高了该材料的抗拉强度及屈服强度。根据相同实验条件下热处理后45Mn2冲击断面及热处理后45MnVNb冲击断面SEM电子扫描显微镜可以看出，45Mn2材料的冲击断裂机制主要是塑性断裂与脆性断裂相结合，表现为穿晶断裂；而45MnVNb材料的断口多为韧窝状分布，其断裂表现为沿晶断裂为主，伴有少量穿晶断裂，这说明45MnVNb作为单层输送管管体材料较现有的45Mn2具有更高的强度及韧性，可彻底杜绝该类输送管爆管、开裂等现象发生，因此具有更高的安全性。
以上所述只是该发明的具体实施方式，上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
Claims (1)
1.一种以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管的热处理工艺，其45MnVNb的材料由如下元素的质量百分比组成：碳0.42～0.49、硅0.17～0.37、锰0.90～1.20、钒0.02～0.15、铌0.015～0.060、铜0.07～0.10、S≤0.025、P≤0.025、余量为铁；其特征在于，热处理工艺是通过如下步骤完成的：
（1）奥氏体化加热：将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管通过工装悬挂于井式炉中，装炉温度为650℃～680℃，20分钟内加温至820℃±10℃，保温50分钟±5分钟出炉；
（2）淬火：出炉后15秒内将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管管件放入淬火槽内，淬火剂采用ZY-747-PAG水溶性淬火剂，淬火剂浓度为11%；将管件全部浸入淬火剂中上下运动30～50秒，淬火槽内配备有水冷却循环及超温报警系统，保证淬火过程中淬火剂温度不高于40℃；管件在淬火介质中上下运动30～50秒后在淬火槽中静止冷却3～5分钟，冷却时淬火槽内必须通过机械泵持续搅拌，冷却至室温；
（3）清洗：管件在淬火槽内完成冷却后移出淬火槽，转至清水槽清洗1～2分钟；
（4）回火：将以45MnVNb为材料的单层混凝土输送管装入回火炉，回火装炉温度为160℃，20分钟内将回火温度加温至260℃±5℃，回火保温110分钟±5分钟；
（5）冷却：回火后采用清水槽水冷，清水槽需要配备有水冷却循环及超温报警系统，保证在冷却过程中清水槽温度不得高于40℃；水冷时间为1～2分钟，冷却至室温后移出清水槽。
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