42CrMoS4棒材感应加热调质工艺及性能分析
感应加热是对钢棒进行穿透式加热淬冷，并随之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，已经被越来越多的应用到各行各业。这种工艺方法对各类中碳钢（包括低合金钢）的中小截面尺寸的棒材、管材、轴类零件均适用，具有生产效率高，能耗低，无脱碳氧化，不污染，生产过程极易自动化等特点，特别适于批量生产。为此，我公司引进新型连续式感应加热调质线以满足产品结构调整需求，扩大产品覆盖范围。由于前期没有相关的感应加热调质工艺数据，本文通过对42CrMoS4棒材的调质工艺试验及组织性能分析确定了热轧棒材的感应加热调质工艺。
1.感应加热调质设备
东北特钢大连基地引进ELOTHERM公司小棒材感应加热调质线，可处理规格Φ20～Φ160mm。整条线共有五组线圈，分别由五个完全独立调节的变频模块进行多区控制。每个区的最后一组都是作为一个保温区，以获得更好的奥氏体化效果。钢材冷却系统采用水冷，由5个淬火水环及一个直线性切断喷头组成。钢材淬火、回火全过程由连续式斜面辊道进行单只连续传输，钢材自旋转式前进，可以保证钢材加热、冷却的均匀性，得到更好的平直度。
2.试验工艺
本节介绍的试验钢种为东北特钢大连基地生产的42CrMoS4热轧棒材，分别选用Ф32mm、Ф65mm两个规格。生产工艺流程为：连铸坯→加热→轧制→矫直→感应加热调质→检验→探伤→成品。钢材成分见表1。
表1 42CrMoS4化学成分（质量分数） （%）
钢材调质前状态为热轧态，42CrMoS4为亚共析钢，42CrMoS4钢Ac3温度约为780℃，常规热处理选取淬火温度一般为850～860℃。但在感应加热中加热速度非常快，其临界点Ac3随加热速度的增大而升高，而且我们要考虑奥氏体化的充分性，应适当提高加热温度。根据钢材标准的力学性能要求，既要有一定的强度、硬度，又要有良好的塑性及冲击韧度，确定钢材回火温度应为高温回火，希望得到更多的回火索氏体。所以我们试验设定感应加热调质工艺见表2，我们在已调质的钢材上取样检测纵向力学性能，截取位置为距表面12.5mm处，取样两支，检验结果及标准性能指标要求见表3。
表2 42CrMoS4感应加热调质工艺
表3 力学性能指标及检验结果
3.组织性能分析
从试验结果来看，力学性能符合标准要求，Ф35mm由于规格较小，在淬火过程中全截面都可以达到很快的冷却速度，我们取其调质后半径1/2位置的金相组织（如图1所示），我们可以得到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。对于Ф65mm规格我们取样分别观察钢材横截面上不同位置的金相组织，靠近表面位置为比较均匀的回火索氏体（距表面距离≤15mm以内），如图2所示。
随着距表面距离的增加逐渐有贝氏体出现，图3为距表面16mm处组织，回火索氏体＋少量贝氏体组织，图4为距表面25mm处组织，回火索氏体＋贝氏体＋少量铁素体。由于钢材在淬水冷却过程中随着钢材横截面深度的增加，冷却强度逐渐下降，越往心部冷却速度越慢，当小于马氏体转变临界冷却速度就会析出贝氏体。
如图5所示，42CrMo钢奥氏体连续冷却转变曲线可以看出，过冷奥氏体转变同时存在珠光体区和贝氏体区，但贝氏体区超前于珠光体转变区。在设备现有冷却条件下，小直径棒材连续冷却过程中心部不会有先共析铁素体析出，因此图4中的铁素体相是由于加热过程中心部位置加热保温不足造成的，从铁素体分布情况也可以做出明确判断。但总体来说不论从力学性能检测情况及金相组织情况来看，均可以满足性能要求。
图1 1/2R区域（500×）
图2 近表面区域（500×）
图3 距表面16 mm区域（500×）
图4 距表面25mm区域（500×）
图5 42CrMo CCT曲线
4.结语
（1）对于感应加热淬火＋回火连续热处理线，由于其加热的物理特性均可以达到很快的加热速度，我们需应采用比传统加热方式更高的淬火及回火温度，当采用不同的加热速度时也应做出相应的调整。
（2）对于试验的Φ65mm规格热轧材，从表面到心部逐渐出现贝氏体，少量块状铁素体，是因为冷却强度不够及加热保温不足造成的，但钢材调质性能完全满足标准要求，当材料提出更高的力学性能要求，我们可通过适当提高冷却强度或适当降低钢材通过速度来延长钢材保温时间以获得更好的金相组织及综合力学性能。
（3）我们目前制定的感应加热调质工艺完全可以满足产品的力学性能要求。
