DG20Mn吊钩热处理工艺探讨

1.引言

DG20Mn是GB10051-88《起重吊钩》标准中规定的吊钩专用钢，其化学成分见表1^[１]。由表可知DG20Mn属于低碳合金钢系列，标准中规定的这一钢种制作的吊钩使用状态为正火态，其力学性能要求较低，标准中只对有效尺寸≤60mm工件的力学性能要求做了具体规定，对有效尺寸≥60mm的工件未作具体规定，只做了“根据需要由供需双方协商确定”的注解说明。

我公司生产的吊钩尺寸大小不等，主要应用于起重吊装设备中。其中有一种有效尺寸为200mm的吊钩，按标准中规定的P级（材料选用DG20Mn）锻造生产，主要工艺流程为：锻造—正火—粗加工—精加工。图纸中对热处理的技术要求为：连体试棒距外表面r/3处取纵向试样，屈服强度ReL≥315MPa，抗拉强度Rm≥510～608MPa，伸长率A≥22%，室温冲击功Aku3≥41J。在生产实践中，工件经正火后检测连体试棒的力学性能，其中屈服强度数值刚刚达到图纸技术要求，且时常出现屈服强度检测结果稍低于图纸要求的情况，易产生不合格品（见表2所示），我们需要一种更有效的热处理方法保证工件热处理后有更高的综合力学性能。针对以上情况，我们进行了多次工艺试验，通过对锻后热处理工艺进行改进，采用调质代替正火的热处理方法，改善了工件金相组织，最终提高了工件的整体强度。

表1   DG20Mn材料化学成分（质量分数，wt%）

Table1  Chemical composition of DG20Mn material(wt% by mass)

2.热处理方法及结果

据文献^[2]介绍，屈服强度低的原因与工件淬火后的硬度和回火后的硬度都有关系，特别是淬火硬度对屈服强度的影响很大。按照这一思路，DG20Mn吊钩加热后，加大冷却速度会影响工件的屈服强度，因此正火空冷改进为调质会提高工件的力学性能。

许多资料中对低碳合金钢的强化都有详细的论述，低碳合金钢直接淬火后获得低碳马氏体，低碳马氏体具有高强度、高韧性相结合的综合力学性能，低碳钢进行低碳马氏体强化是发挥其强韧性潜力的有效途径^[3]，淬火后获得低碳马氏体，再经高温回火获得索氏体组织，大大提高了工件的塑性和韧性。

我们知道，工件冷却速度越快，奥氏体转变过冷度越大，转变产物组织越细小，工件就会得到更好的性能。当工件尺寸较大时，受尺寸效应的影响，工件正火冷却速度（尤其是工件内层）就会大大降低，正火时析出多量的块状铁素体，从而影响工件的力学性能，此时我们应当寻找其他的热处理工艺方法，满足工件的技术要求。

提高钢的强度、韧性等主要通过控制钢的化学成分、显微组织形态、固态形变和晶粒细化等来实现，其中晶粒细化是强化、韧化综合效果最好、且消耗资源最少的技术措施^[4]。大尺寸的吊钩按调质工艺进行热处理过程中，淬火时工件表面及内层冷却速度相比于正火冷却速度大大提高，此时工件内层由奥氏体转变的组织析出的铁素体量减少，共析体变细^[5]（相比于工件采用正火工艺），产生的淬火转变组织细小，从而对工件产生强化作用^[6]，提高工件的力学性能。

基于以上分析，我们对该产品的热处理工艺进行改进，用锻后调质代替正火，改进后的主要工艺流程为：锻造—粗加工—调质处理—精加工。调质处理工艺如图1所示，经改进工艺后（将工件的表面硬度控制在28～32HRC），在吊钩连体试坯上，距外表面r/3处按技术要求取纵向力学性能试样，检测结果见表2所示。由表2可见，经调质处理后，DG20Mn材料的屈服强度平均值比正火处理高出83MPa（使屈服强度提高了26%），可见经调质后工件强化效果十分显著，从而提高工件使用的安全系数。

GB10051-88《起重吊钩》标准是1988年制定的，现在的工程制造中，低碳钢热处理技术在工程中的应用领域越来越广泛，低碳合金钢调质性能在生产中的应用同样得到了工程技术人员的重视。