正火加热温度对12Cr2Mo1钢组织和性能的影响

2015-12-25马春来

船舶职业教育 2015年4期

马春来，熊伟

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

0 引言

12Cr2Mo1钢属低合金耐热钢，常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要具有高温强度和抗高温氧化腐蚀性能外，根据用途不同还要具有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。

12Cr2Mo1钢锻件常用的热处理工艺是正火后回火，正火加热温度的控制是获得较好组织和力学性能的关键因素。

本文通过试验探讨正火加热温度对12Cr2Mo1钢组织和性能的影响，找到适宜的正火加热温度，消除组织中残存的铁素体，使其获得较好的综合力学性能。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料及化学成分

实验材料为12Cr2Mo1钢IV类锻件，对其进行取样分析，化学成分如表1所示。力学性能检测项目为拉伸和冲击，且逐个检测。

表1 12Cr2Mo1钢锻件化学成分（%）

1.2 热处理工艺

12Cr2Mo1钢锻件的热处理工艺是正火+回火，从12Cr2Mo1钢的CCT曲线可知，其临界温度Ac1=750℃，Ac3=880℃，正火保温时间按1.5～4.0 min/mm选取，回火保温时间按2.0～4.0 min/mm选取，故工艺参数的选择如表2所示。

表2 12Cr2Mo1钢锻件热处理工艺

2 实验结果与分析

2.1 正火后组织

12Cr2Mo1钢锻件正火后的显微组织如图1所示。

图1 12Cr2Mo1钢锻件正火后的显微组织

12Cr2Mo1钢锻件正火后的组织为粒状贝氏体，即大块铁素体内包含着一些渗碳体颗粒和“小岛状”组织，这些“小岛状”组织通常称为M-A岛。图1（a） 1#试样加热温度为890℃，正火后的组织除粒状贝氏体组织外，还有白色块状铁素体组织；图1（b） 2#试样加热温度提高至910℃时，正火后组织中铁素体组织已完全消失；图1（c） 3#试样加热温度提高至930℃时，正火后组织中铁素体组织虽完全消失，但粒状贝氏体组织较1#、2#试样粗大。

2.2 正火-回火后的组织

12Cr2Mo1钢锻件按表2所列工艺参数进行回火处理后的显微组织如图2所示。

图2 12Cr2Mo1钢锻件正火-回火后的显微组织

粒状贝氏体在高温回火时（600℃以上），M-A岛基本分解完全，铁素体也发生合并长大，并呈现多边形化。从图2可以看出，3个试样的回火组织都是回火贝氏体，或者说是回火索氏体。回火后，1#号试样正火时的先共析铁素体和回火转变的铁素体混在一起，已无法分辨，并已多边形化；2#试样铁素体多边形化明显，M-A岛全部分解，碳化物长大，并逐渐变条状。组织均匀，粒度适中；3#试样组织粗大，晶界明显。

2.3 正火-回火后力学性能

将正火后的12Cr2Mo1钢按表2所列工艺参数进行回火处理后，进行拉伸和冲击试验，结果如表3所示。

表3 12Cr2Mo1钢锻件正火-回火后的力学性能

从表3可以看出，1#、2#和3#试样的力学性能，虽在强度和塑性上差别不大，但是低温冲击试验结果有很大的区别，2#试样在-30℃的冲击吸收能量的平均值是292 J，远大于1#试样的冲击吸收能量平均值92 J和3#试样的冲击吸收能量平均值250 J。

2.4 实验结果分析

由于12Cr2Mo1钢中Cr和Mo都是碳化物形成元素，其本身的扩散速度较慢，形成的碳化物不易分解，故使奥氏体化过程大大减缓，为获得成分均匀的奥氏体，充分发挥合金元素Cr和Mo的作用，就要采用更高的加热温度。正火后组织中存在铁素体的原因，是因为加热温度低时，原始组织中的铁素体有一部分没有转变成奥氏体（即没有完全奥氏体化），因而在冷却时奥氏体转变成了贝氏体，而铁素体被保留了下来。在钢的组织中，珠光体有最高的脆化温度，其次是上贝氏体和铁素体，所以铁素体的存在会使钢的韧-脆转变温度上升，故低温冲击试验时其冲击吸收能量偏低。但加热温度过高（超过930℃），会使奥氏体晶粒粗大，导致正火的贝氏体晶粒也粗大，回火后力学性能下降。当正火加热温度为910℃时，正火后组织中铁素体组织已完全消失，在回火后铁素体多边形化明显，M-A岛全部分解，组织均匀、粒度适中，从而可得到较好的综合力学性能。