溫冰

（河鋼舞鋼第一軋鋼廠 ，河南 舞鋼 462500）

當(dāng)前廣泛應(yīng)用在各種超高壓亞臨界電站鍋爐等設(shè)備上的鋼板，采用熱處理的工藝，實(shí)現(xiàn)了較好的耐腐蝕和耐高溫性能。其中12Cr1MoVR低合金耐熱鋼在制作工作溫度上，能夠經(jīng)過(guò)熱處理，在焊縫和熱影響區(qū)的施工上，降低對(duì)鋼板木材性能。因此使用蛇形管、導(dǎo)管、鋼管為主要構(gòu)造的12Cr1MoVR低合金耐熱鋼，經(jīng)過(guò)高溫析出后，碳化物對(duì)母材性能影響，經(jīng)過(guò)調(diào)整，滿足了焊后熱處理態(tài)力學(xué)性能，在工藝上通過(guò)特殊焊后熱處理，擁有了調(diào)整后的熱處理工藝較好的力學(xué)性能，滿足設(shè)計(jì)要求。

一、技術(shù)及技術(shù)方案

（一）技術(shù)要求

通過(guò)化學(xué)性能和力學(xué)性能的分析，經(jīng)過(guò)對(duì)厚度為42mm的12Cr1MoVR鋼板進(jìn)行焊后熱處理工藝對(duì)比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)處理之后，熱處理溫度較高的情況下，12Cr1MoVR鋼板的強(qiáng)度下降較快，力學(xué)性能能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（二）實(shí)驗(yàn)方案

在實(shí)驗(yàn)中完全奧氏體化后冷卻鋼板。熱處理工藝，采用無(wú)焊后熱處理方法，正火溫度為930℃，回火溫度為680℃。對(duì)于常規(guī)熱庫(kù)里工藝和特殊要求進(jìn)行對(duì)比之后，進(jìn)行了時(shí)間和溫度圖表的繪制。實(shí)驗(yàn)室中箱式電阻爐正火為930度，鼓風(fēng)機(jī)加速冷卻，達(dá)到室溫之后，采用三種方式進(jìn)行保溫，淋水冷卻之后達(dá)到室溫，進(jìn)行模擬焊后熱處理[1]。如圖表1：

圖表1 12 Cr1MoVR試驗(yàn)鋼化學(xué)成分要求（質(zhì)量分散）%元素 C Si Mn Cr Mo V P S含量 0.04 0.15 0.4 0.7 0.2 0.1 ≤ ≤-0.15 -0.3 -0.7 -0.5 -0.23 -0.3 -0.024 0.02 0.01

保溫時(shí)間為120分鐘，參照回火處理的方式進(jìn)行12Cr1MoVR鋼板熱處理狀態(tài)的試樣編號(hào)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的是要在進(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)以及沖擊實(shí)驗(yàn)之后，通過(guò)光學(xué)金相顯微鏡觀察，對(duì)于試驗(yàn)的微觀組織進(jìn)行不同狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)[2]。

鋼板的拉伸和沖擊試樣取樣位置均在板厚1/4處，在60噸液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上按GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；在擊試驗(yàn)機(jī)上按GB/T229-2007在常溫下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。取沖擊試驗(yàn)后的試樣制備顯微組織觀察試樣，在金相光學(xué)顯微鏡上觀察分析不同熱處理狀態(tài)下12Cr1MoVR鋼板的組織形態(tài)。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（一）回火態(tài)組織和模擬焊后熱處理態(tài)組織對(duì)比，如圖表2：

圖表2 12 Cr1MoVR試驗(yàn)鋼板的力學(xué)性能Rm/MPa Rel/MPa A/% 沖擊溫度/℃ KV2/J 440-590 ≧225 ≧10 0 48（平均）

經(jīng)過(guò)對(duì)鋼板木材進(jìn)行二次回合。在高溫回火過(guò)程中，分解為碳化物均勻和映像組織分解，保證鋼板回火穩(wěn)定性的前提下，在光學(xué)顯微鑒定，于是養(yǎng)回火太和模擬焊后熱處理，進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在晶界處進(jìn)行聚集之后，弱化固溶強(qiáng)化效果，導(dǎo)致了鋼板的強(qiáng)度下降。經(jīng)歷此時(shí)經(jīng)過(guò)高溫回火，空冷下的鐵鎖體含量較多，晶體顆粒析出，通過(guò)晶界聚合，碳化物顯示為弱化固溶強(qiáng)化效果。在這一現(xiàn)象下，經(jīng)過(guò)較好的彌散強(qiáng)化效果的運(yùn)用，采用高溫回火和淋水冷卻的方式進(jìn)行試驗(yàn)，溫度的降低具有較好的表現(xiàn)這個(gè)表現(xiàn)，通過(guò)模擬焊后熱處理派式樣的獲取，可以看到晶體顆粒狀態(tài)均勻分布，碳化物在鐵素體基體上保持了較高的強(qiáng)度[3]。如圖表3：

圖表3 不通熱處理狀態(tài)的試樣編號(hào)

（二）力學(xué)性能在室溫拉伸實(shí)驗(yàn)和V型缺口沖擊試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)力學(xué)試實(shí)驗(yàn)等手段進(jìn)行熱處理工藝的數(shù)值獲得，從結(jié)果看試驗(yàn)：鋼板在Ac3以上30 ～ 40℃溫度正火+(705 ～715)℃回火時(shí),其抗拉強(qiáng)度低于在Ac3以上，40 ～70℃溫度正火+(705 ～715)℃回火時(shí)得到的抗拉強(qiáng)度,在Ac3以上40～70℃溫度正火+(705～715)℃回火時(shí)鋼板抗拉強(qiáng)度變化不大;鋼板在Ac3以上40 ～ 50℃溫度正火+(655 ～735)℃回火時(shí),熱處理工藝差異對(duì)鋼板模擬焊后熱處理態(tài)抗拉強(qiáng)度影響不大。

對(duì)試樣進(jìn)行拉伸和沖擊試驗(yàn)，分別測(cè)定了鋼板在熱軋態(tài)、正火態(tài)及正火+回火態(tài)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和常溫沖擊功。熱軋態(tài)試樣的屈服強(qiáng)度與常溫沖擊功偏低，其他參數(shù)差別不大。

對(duì)相同正火溫度下不同回火溫度的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行分析，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率隨回火溫度的變化一致，且均近似為一條水平線，因此回火溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率的影響不大。原工藝中只有屈服強(qiáng)度與前者相同，而抗拉強(qiáng)度與延伸率都要比710℃正火+680℃回火的低。僅從抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度與延伸率這三個(gè)性能指標(biāo)而言，750℃正+680℃回火工藝處理的材料要優(yōu)于其他熱處理工藝，且優(yōu)于原工藝。

試驗(yàn)結(jié)果表明不同形態(tài)的試樣拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度以及斷后伸長(zhǎng)率各有不同。正火加靜止空氣冷卻680度左右時(shí)，12Cr1MoVR鋼板經(jīng)過(guò)高溫模擬焊后熱處理，滿足了技術(shù)要求的前提下，試驗(yàn)樣品的強(qiáng)度和韌性都處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是經(jīng)過(guò)焊后熱處理的試驗(yàn)強(qiáng)度可以下降到較低水平。在750℃的情況下，經(jīng)過(guò)靜止空氣冷卻750℃，回火處理以及正火，是氧強(qiáng)度和韌性發(fā)生了下降，無(wú)法達(dá)到技術(shù)要求。在合理范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)加速冷卻750℃回火處理試樣在合理范圍內(nèi)具有較好的韌性[4]。如圖表4：經(jīng)過(guò)持續(xù)的強(qiáng)度冷卻，模擬焊后熱處理，沖擊韌性處于較低水平，沖擊韌性保持在良好狀態(tài)[5]。熱處理試樣的強(qiáng)度沒(méi)有大的變化，基本處在穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)過(guò)后續(xù)加工成型，拉伸難度逐漸降低，強(qiáng)度依然較高。鋼板經(jīng)過(guò)正火加靜止空氣冷卻之后，回火穩(wěn)定性較差，但是強(qiáng)度可以滿足要求。經(jīng)過(guò)高溫模擬焊后，處理之后，實(shí)驗(yàn)鋼在正火和鼓風(fēng)機(jī)加速冷卻以及高溫結(jié)合的處理工藝后，回火態(tài)強(qiáng)度適中，碳化物分布比較均勻。經(jīng)過(guò)正火加臨水冷卻和高溫回火處理之后，在模擬焊后熱處理狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的使用，力學(xué)性能也相對(duì)穩(wěn)定。

圖表4 試樣在不同熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能

?

（三）金相組織觀察

利用沖擊試驗(yàn)后的試樣，在金相顯微鏡下觀察12Cr1MoV的組織形態(tài)，觀察結(jié)果如圖5。

圖5 不同熱處理工藝下12Cr1MoVR鋼的金相組織

鐵素體與珠光體的晶粒尺寸是隨著回火溫度的增加而減小的，而在回火溫度一定時(shí)鐵素體與珠光體晶粒尺寸同樣是隨著正火溫度的增加而減??；從材料的組織來(lái)看雖然珠光體隨正火、回火溫度的變化與鐵素體的大致相同，但也有所不同，已經(jīng)能夠取代原有熱處理工藝了。從組織上來(lái)分析試樣的熱處理工藝有效的阻止形變的發(fā)生，其分布越均勻就越有利于材料強(qiáng)度和塑韌性的提高。因此，當(dāng)塑性形變和微裂紋由一個(gè)晶粒由于晶界阻力大，所以材料的晶粒越細(xì)小其強(qiáng)度和韌性也就越高。

三、結(jié)論

對(duì)12Cr1MoV鋼進(jìn)行高溫焊后熱處理，正火處理后 12Cr1MoV鋼板的性能、強(qiáng)度和韌性變化不大，與930℃正火+680℃回火處理后的基本相同，采用不同的冷卻方式,在接近Ac1的溫度進(jìn)行高溫回火試驗(yàn).通過(guò)對(duì)比高溫模擬焊后熱處理態(tài)性能,分析顯微組織,確定了最佳的熱處理工藝。12Cr1MoV鋼在熱軋態(tài)、正火態(tài)及正火+回火態(tài)下隨著正火溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不大，而沖擊韌性有較大增加，可以降低鋼板的生產(chǎn)成本。