热处理温度对15Cr2Mo1钢显微组织和硬度的影响

王丽艳 黄 亮 马新博 李兴东

(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江150046)

15Cr2Mo1钢属于低碳低合金珠光体型耐热钢，广泛应用于电力、石化等领域[1-3]。由于其具有较好的热强性和高温抗氧化性能，常用于制造加热炉管、压力容器等，工作温度在450～550℃[4-6]。该钢常采用热轧正火+高温回火热处理工艺，组织为铁素体+层片状珠光体[7-8]。这种层片珠光体属于亚稳组织，其表面积大，表面能高，所以在高温长期工作时，珠光体中的片状碳化物会自发转变为颗粒状，即造成珠光体球化[9-10]。因此，本研究旨在通过分析不同热处理温度对15Cr2Mo1钢微观组织和力学性能的影响，为15Cr2Mo1钢的应用奠定理论基础。

1 实验材料及方法

本实验所选用的15Cr2Mo1钢中C含量为0.12%～0.18%，Cr为2.00%～2.50%，Mo为0.90%～1.10%。采用的热处理工艺是以1.63℃s的速度加热至980℃，保温30 min奥氏体化后，再以1℃s的速度冷却至不同温度，保温4 h，保温温度分别为420℃，440℃，460℃，480℃，500℃，520℃，最后冷却至室温。

15Cr2Mo1钢的显微组织观察所选用的设备是Axiovert 40 MAT型倒置光学显微镜和SUPRA 55高能场发射扫描电子显微镜。采用HB3000型硬度计测试15Cr2Mo1钢维氏硬度，载荷为300 g，时间为15 s。15Cr2Mo1钢中奥氏体体积分数采用Proto-LXRD应力分析仪测试。

2 实验结果及分析

2.1 热处理后的组织

图1为6种热处理工艺处理后15Cr2Mo1钢的金相组织图。6种工艺仅热处理温度不同，随着热处理温度升高，金相粒状组织减少，层片状组织增多。当热处理温度大于460℃时，15Cr2Mo1钢的金相组织基本上由层片状组织组成。

2.2 热处理后的扫描电镜照片

图2是15Cr2Mo1钢经不同热处理工艺处理后的扫描电镜照片。发现随着热处理温度的升高，层片状组织含量逐渐增加，且其层片状组织间距先变细后逐渐变粗。

图3为残余奥氏体含量与热处理温度之间的关系。从图3中可知，随着热处理温度的增加，奥氏体的含量先降低后增加，当热处理温度达到480℃时，其奥氏体含量最少，仅为0.63%。

2.3 15Cr2Mo1钢热处理后的硬度

图4是15Cr2Mo1钢维氏硬度与热处理温度的关系。可见，随着热处理温度的升高，15Cr2Mo1钢的维氏硬度先升高后降低。当热处理温度达到480℃时，其硬度值最高达到437HV。

(a)420℃(b)440℃(c)460℃(d)480℃(e)500℃(f)520℃

图1 15Cr2Mo1钢经不同热处理温度热处理后的金相组织Figure 1 Metallographic structures of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

图2 15Cr2Mo1钢经不同热处理温度热处理后的扫描电镜照片
Figure 2 Scanning electron microscope pictures of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

图3 15Cr2Mo1钢经不同热处理温度热处理后的奥氏体体积分数Figure 3 Austenitic volume fractions of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

图4 15Cr2Mo1钢经不同热处理温度热处理后的硬度Figure 4 Hardnesses of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

这是因为随着热处理温度的增加，15Cr2Mo1钢中层片状组织逐渐增加，同时残余奥氏体含量逐渐减少，在两者组织因素共同作用下，使其在热处理温度为480℃时，硬度达到峰值。

3 结论

15Cr2Mo1钢的硬度随着热处理温度的增加先升高后降低，这是因为其粒状组织减少，层片状组织逐渐增加，同时其奥氏体含量先降低后升高。