27SiMn钢管是液压支架立柱的常用材质，随着支架工作阻力的增加，对柱管的强度、硬度、支护高度等要求也相应增大，通过试验研究调整优化热处理工艺，增加厚壁钢管的淬硬层深度，从而增加柱管整体的支护强度。

立柱是液压支架实现伸缩功能满足支护高度范围的关键部件，而缸管是立柱的主要零件，并对支架的支护强度、可靠性和使用寿命产生直接影响。随着液压支架产品的工作阻力越来越大，支护高度越来越高，作为立柱主要零件的中缸管、大缸管的直径和管壁也越来越大，但涨缸现象还是时有发生。为了稳定缸管的疲劳强度，提高使用寿命，研究优化热处理工艺。

1现状分析

根据资料和供货厂家介绍，27SiMn厚壁管淬透性较高，在水中临界淬透直径达8～22mm。回顾近几年来，公司对厚壁（≥30mm）27SiMn管材经调质处理后，物理性能变化规律：①硬度和淬硬层深度随管径大小及管壁厚度呈反向变化，管径愈大、管壁愈厚，其硬度与深度则相对低于管径小、管壁薄的零件；②硬度一般按HB240～280控制，淬硬层深度一般在2～8mm范围内；③管壁外径表面的硬度（布氏）均高于内径表面。

2热处理试验

2.1试验材料、目的、设备

试验材料：中缸用27SiMn厚壁钢管，准350×53，长度为2110mm，其化学成分检测如表1所示。

试验目的：①柱管调质后硬度：HB270～310，淬硬深度≥10mm；②力学性能：屈服强度和抗拉强度分别达到850、1000MPa；③工艺方法趋于实际生产情况。为了保证试验结果对实际生产的指导性，直接截取L=1400mm钢管（重量与长度均大于实际零件的60%）进行热处理试验。试验设备：箱式电阻炉，钢管入炉水平放置加热保温。循环水淬火，水温20～40℃，淬火时钢管垂直入水。

2.2第1轮试验

（1）热处理工艺

调质工艺：900℃保温3h，淬水；550℃回火3h，空冷。

（2）取样检测

表面硬度检测，在调质后的钢管外表面任意取3点，HB值分别为278、270、268，表面硬度只达到技术要求的下限。

将样件经下料锯床进行截段取样。端部空出500mm后，截取30mm厚度的圆环：①在壁厚的中线相隔120°取点，HB值分别为225、224、221，可见壁厚心部硬度偏低，但均匀性良好；②沿径向由外向内检测了7点，HB值分别为275、244、237、223、226、232、255。鉴于硬度检测不合格，未做其他检测。

2.3第2轮试验

（1）热处理工艺

采用分段加热工艺，并增加保温时间。调质工艺：870℃，保温2h，温度升至900℃，保温2h，出炉淬水；550℃回火4h，空冷。

（2）硬度检测

取样做缸管表层、中线、有里到外、由外到里的各部位的硬度检测（见表2）。

（3）金相组织检测

内外表面各取1块22mm×17mm样块。要求分析其试验柱管的内表面及外表面，并分别向心部延伸的组织状态。金相检测报告显示，内外表面处系以回火索氏体为主的3种组织状态、1/2处（深10mm左右）系以回火索氏体及珠光体为主的4种组织状态、中间部位系以铁素体及珠光体为主的4种组织状态。

（4）分析与讨论

调整了升温保温工艺，增加了总体保温时间，但检测结果显示，此调质工艺仍不理想。柱管心部硬度偏低；达标淬硬层薄，径向截面及轴向分层的硬度检测均说明该柱管的淬硬层较浅，仅有3~5mm，且HB值仅达到技术要求的下限。5mm深度后，其硬度值下降的较快，整体硬度偏低。

根据金相组织分析，在20mm厚度内，由表及里组织变化之快，组织种类之多，证明该钢种的淬透性不佳。作为主导产品常用的低合金钢，调质处理后回火索氏体组织层较薄，说明与调质工艺的加热温度、保温时间、冷却介质等因素有关。根据查阅的资料，奥氏体组织形成是在达到临界温度时瞬间（几秒钟）就完成了，在此温度保温可能使奥氏体晶粒粗大，进而降低钢的强度、硬度。

2.4第3轮试验

（1）热处理工艺

调质工艺：930℃保温4h，出炉水淬；550℃回火4.5h，出炉空冷。

（2）硬度检测

取样做缸管表层，中线，有里到外，由外到里的各部位的硬度检测见表3。

（3）力学性能检测

平行轴向取样9根（L=300mm），分3组，对每组按外、中、内各层取样，做拉伸试棒（15×20，L=300mm），进行分层力学性能检测，见表4.

（4）分析与讨论

温度增加没有出现担心的过烧现象，且取得了满意的试验效果。

在第3轮试验数据的基础上，选取了4种不同规格的管材（准351×43，准475×45，准395×60，准245×55），L=500mm，适当增减加热温度和保温时间，分别做了试验，都得到了比较理想的检测数据。

3结语

试验数据显示，对于国产27SiMn厚壁钢管（＞30mm）采用920～940℃，保温3～4h，水淬；540～560℃回火3.5～4.5h，空冷的调质工艺，基本能达到能够达到试验目的，满足硬度和强度要求，淬硬层较深，内、外表面以下15mm范围内的硬度都在HB270～310范围内，靠近内、外表面取的拉伸试样抗拉和屈服强度超过1050MPa和870MPa。