正火工艺对12Cr2Mo1R钢组织和性能的影响

戴志勇

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

正火工艺对12Cr2Mo1R钢组织和性能的影响

戴志勇

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

12Cr2Mo1钢属低合金耐热钢，常用于制造在高温下工作的零部件。为使其获得较好的力学性能，通过试验研究正火工艺对12Cr2Mo1钢组织和性能的影响。结果表明：在890～950℃温度区间内，随着正火温度的提高，多边形铁素体数量减少直至消失，维氏硬度逐渐升高，低温韧性冲击功明显提高；当正火温度达到930℃后，组织为100%的贝氏体，而当温度超过930℃后，正火的贝氏体粗大。

12Cr2Mo1R钢；正火；组织和性能

12Cr2Mo1钢是一种工业用低合金钢，由于其具有较好的抗蠕变、抗高温氧化能力，优良的力学性能、可加工性及焊接性等特点，被广泛用于制造汽轮机缸体、压力容器和加氢反应器等。由于此类零件在高温、高压且与氢接触的工作环境下使用，对其力学性能，特别是冲击韧性的要求很高。因此，本文主要研究了正火工艺对12Cr2Mo1钢组织和性能的影响。

1 实验材料及方法

试验材料为12Cr2Mo1耐热钢，锻件厚度δ=90 mm，取该钢的头部、尾部和中部进行化学成分分析，钢的化学成分（质量百分数）如表1所示。

表1 12Cr2Mo1钢的化学成分 （%）

12Cr2Mo1钢锻件的热处理工艺采用的是正火+回火，从12Cr2Mo1钢的CCT曲线可知，其临界温度Ac1=750℃，Ac3=880℃。对试板（标记为a、b、c、d）进行正火处理，正火温度分别是890℃、910℃、930℃、950℃，钢板（a、b、c、d）保温时间均为2 h。热处理工艺参数的选择如表2所示。

表2 12Cr2Mo1钢锻件热处理工艺

按照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》要求制取冲击试样 (10 mm×10 mm×55 mm)。采用SANS摆锤式冲击试验机进行冲击试验。

2 结果与分析

2.1 金相组织观察

试验完成后，将钢板加工成Φ10 mm×15 mm试样，进行预磨、机械抛光，然后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，用4XCE光学显微镜观察金相组织，如图1所示。

图1 12Cr2Mo1钢不同正火温度下的金相组织（a）890℃ （b）910℃ （c）930℃ （d）950℃

由图1可以看出，12Cr2Mo1钢采取不同的正火温度处理时得到不同的金相组织。图a获得的组织为白色块状铁素体+粒状贝氏体，主要是因为试样加热温度稍高于 Ac3温度 10℃（890℃），铁素体在加热过程中不能完全转变，且碳原子扩散不充分，奥氏体内碳浓度不均匀，形成非均质奥氏体，随温度降低奥氏体中碳浓度低的地方转变成铁素体，碳浓度高的地方转变成了贝氏体；图b试样加热温度达到910℃，获得的组织为贝氏体+少量细小的铁素体，由于温度继续升高铁素体转变为奥氏体并较均匀化，随着温度下降至贝氏体转变开始的温度时，奥氏体转化为贝氏体并少量细小的铁素体；图c和图d组织为100%贝氏体，这是由于正火温度达到了930℃，铁素体转变为奥氏体并均匀化，在冷却的过程中，奥氏体全部转化为贝氏体，但加热温度不能过高（超过930℃），否则会使奥氏体晶粒粗大，导致正火的贝氏体晶粒粗大。

2.2 硬度测试

对采用不同正火温度处理的12Cr2Mo1钢板进行维氏硬度（5000 g/15 s）检测，并绘制线图如图2所示。

图2 12Cr2Mo1钢维氏硬度随正火温度的变化情况

由图2可以看出，在890～950℃温度区间内，随正火温度的升高，12Cr2Mo1钢的维氏硬度也逐渐升高。这是因为当正火温度提高时，基体组织中铁素体数量减少，贝氏体组织逐步增多。

2.3 低温冲击韧性测试

试验采用不同热处理工艺条件时，试样低温冲击韧性结果如表3所示，由低温冲击试验（-30℃）结果可以看出，a试样在-30℃冲击吸收能量平均值为93.7 J，远小于试样c和试样d的冲击吸收功。

表3 试样低温冲击韧性试验 （-30℃ AKV/J）

由实验结果可以看出，随着正火温度的升高，冲击功上升，这是由于其形成了韧性好的贝氏体组织。贝氏体组织是铁素体和碳化物组成的混合物，对于铁素体基体而言，碳化物属于硬脆相，但是碳化物在铁素体中呈片状分布，对于解理裂纹的萌生和扩展具有明显的阻碍作用。正火温度930℃，碳化物分布在铁素体内部，尺寸细小，不会轻易产生解理裂纹，一旦发生裂纹现象，其传播将被许多碳化物或高密度的位错所阻止，因此表现出较高的冲击韧性和较低的韧脆转化温度。当正火温度890℃时，基体组织则是白色块状铁素体+少量粒状贝氏体，此时试样的低温冲击韧性明显下降。

3 结论

第一，12Cr2Mo1钢在890～950℃温度区间，随正火温度的升高，多边形铁素体数量减少直至消失；当正火温度达到930℃后，组织为100%的贝氏体，当温度超过930℃后，正火组织粗大。

第二，12Cr2Mo1钢在890～950℃温度区间内，随正火温度的升高，维氏硬度也逐渐升高。

第三，12Cr2Mo1钢组织含有大量的多边形铁素体时，其低温韧性冲击功偏低，当试样组织中由大量的贝氏体组成时，其低温韧性冲击功明显提高。

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［责任编辑：刘 月］

The Effect of Normalizing Process on 12Cr2Mo1R Steel Structure and Properties

DAI Zhiyong
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

12Cr2Mo1R steel is a low alloy heat-resistant steel,which is used in the manufacture of parts working in high temperature.In order to obtain good mechanical properties,the writer researches the effect of normalizing on 12Cr2Mo1R steel structure and properties through experimental study.The results show,at 890～950℃,with the normalized temperature increasing,the number of polygonal ferrite reduces until disappears,the Vivtorinox hardness increases gradually,and the impact toughness at low temperature increases obviously;when the normalized temperature reaches 930℃,the organization bainite was 100%,and when the temperature is over 930℃,the normalizing bainite becomes coarse.

12Cr2Mo1R steel;normalizing;structure and properties

TG161

A

2095-5928（2016）06-59-03

2016-10-15

戴志勇（1987-），男，辽宁葫芦岛人，助教，硕士，研究方向：焊接技术及材料热处理。

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.06.016