馬春來，熊 偉

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

0 引言

12Cr2Mo1鋼屬低合金耐熱鋼，常用于制造鍋爐、汽輪機(jī)、動(dòng)力機(jī)械、工業(yè)爐、石油化工等工業(yè)部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要具有高溫強(qiáng)度和抗高溫氧化腐蝕性能外，根據(jù)用途不同還要具有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的組織穩(wěn)定性。

12Cr2Mo1鋼鍛件常用的熱處理工藝是正火后回火，正火加熱溫度的控制是獲得較好組織和力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。

本文通過試驗(yàn)探討正火加熱溫度對12Cr2Mo1鋼組織和性能的影響，找到適宜的正火加熱溫度，消除組織中殘存的鐵素體，使其獲得較好的綜合力學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及化學(xué)成分

實(shí)驗(yàn)材料為12Cr2Mo1鋼IV類鍛件，對其進(jìn)行取樣分析，化學(xué)成分如表1所示。力學(xué)性能檢測項(xiàng)目為拉伸和沖擊，且逐個(gè)檢測。

表1 12Cr2Mo1鋼鍛件化學(xué)成分 （%）

1.2 熱處理工藝

12Cr2Mo1鋼鍛件的熱處理工藝是正火+回火，從12Cr2Mo1鋼的CCT曲線可知，其臨界溫度Ac1=750℃，Ac3=880℃，正火保溫時(shí)間按1.5～4.0 min/mm選取，回火保溫時(shí)間按2.0～4.0 min/mm選取，故工藝參數(shù)的選擇如表2所示。

表2 12Cr2Mo1鋼鍛件熱處理工藝

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 正火后組織

12Cr2Mo1鋼鍛件正火后的顯微組織如圖1所示。

圖1 12Cr2Mo1鋼鍛件正火后的顯微組織

12Cr2Mo1鋼鍛件正火后的組織為粒狀貝氏體，即大塊鐵素體內(nèi)包含著一些滲碳體顆粒和“小島狀”組織，這些“小島狀”組織通常稱為M-A島。圖1（a） 1#試樣加熱溫度為890℃，正火后的組織除粒狀貝氏體組織外，還有白色塊狀鐵素體組織；圖1（b） 2#試樣加熱溫度提高至910℃時(shí)，正火后組織中鐵素體組織已完全消失；圖1（c） 3#試樣加熱溫度提高至930℃時(shí)，正火后組織中鐵素體組織雖完全消失，但粒狀貝氏體組織較1#、2#試樣粗大。

2.2 正火-回火后的組織

12Cr2Mo1鋼鍛件按表2所列工藝參數(shù)進(jìn)行回火處理后的顯微組織如圖2所示。

圖2 12Cr2Mo1鋼鍛件正火-回火后的顯微組織

粒狀貝氏體在高溫回火時(shí)（600℃以上），M-A島基本分解完全，鐵素體也發(fā)生合并長大，并呈現(xiàn)多邊形化。從圖2可以看出，3個(gè)試樣的回火組織都是回火貝氏體，或者說是回火索氏體?；鼗鸷?，1#號(hào)試樣正火時(shí)的先共析鐵素體和回火轉(zhuǎn)變的鐵素體混在一起，已無法分辨，并已多邊形化；2#試樣鐵素體多邊形化明顯，M-A島全部分解，碳化物長大，并逐漸變條狀。組織均勻，粒度適中；3#試樣組織粗大，晶界明顯。

2.3 正火-回火后力學(xué)性能

將正火后的12Cr2Mo1鋼按表2所列工藝參數(shù)進(jìn)行回火處理后，進(jìn)行拉伸和沖擊試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 12Cr2Mo1鋼鍛件正火-回火后的力學(xué)性能

從表3可以看出，1#、2#和3#試樣的力學(xué)性能，雖在強(qiáng)度和塑性上差別不大，但是低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果有很大的區(qū)別，2#試樣在-30℃的沖擊吸收能量的平均值是292 J，遠(yuǎn)大于1#試樣的沖擊吸收能量平均值92 J和3#試樣的沖擊吸收能量平均值250 J。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由于12Cr2Mo1鋼中Cr和Mo都是碳化物形成元素，其本身的擴(kuò)散速度較慢，形成的碳化物不易分解，故使奧氏體化過程大大減緩，為獲得成分均勻的奧氏體，充分發(fā)揮合金元素Cr和Mo的作用，就要采用更高的加熱溫度。正火后組織中存在鐵素體的原因，是因?yàn)榧訜釡囟鹊蜁r(shí)，原始組織中的鐵素體有一部分沒有轉(zhuǎn)變成奧氏體（即沒有完全奧氏體化），因而在冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變成了貝氏體，而鐵素體被保留了下來。在鋼的組織中，珠光體有最高的脆化溫度，其次是上貝氏體和鐵素體，所以鐵素體的存在會(huì)使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度上升，故低溫沖擊試驗(yàn)時(shí)其沖擊吸收能量偏低。但加熱溫度過高（超過930℃），會(huì)使奧氏體晶粒粗大，導(dǎo)致正火的貝氏體晶粒也粗大，回火后力學(xué)性能下降。當(dāng)正火加熱溫度為910℃時(shí)，正火后組織中鐵素體組織已完全消失，在回火后鐵素體多邊形化明顯，M-A島全部分解，組織均勻、粒度適中，從而可得到較好的綜合力學(xué)性能。

3 結(jié)論

當(dāng)正火加熱溫度為910℃，正火保溫時(shí)間為1.5～4.0 min/mm，回火溫度為710℃，回火保溫時(shí)間為2.0～4.0 min/mm時(shí)，熱處理后的組織為均勻的回火貝氏體組織，且綜合力學(xué)性能較好。

當(dāng)正火加熱溫度低于910℃時(shí)，正火后組織中有殘存鐵素體，低溫沖擊吸收能量偏低。而當(dāng)正火加熱溫度為930℃時(shí)，正火后組織粗大。

[1]王學(xué)武.金屬力學(xué)性能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]戴起勛.金屬材料學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[3]蔣善玉.熱處理工藝對12Cr2Mo1R鋼的組織和性能影響[J].山東冶金,2013(4)：34-36.

[4]羅家華.熱處理工藝對12Cr2MoWVTiB(102鋼)組織和性能的影響[D].長沙：中南大學(xué),2006.