无合金化的GP280GH铸钢件性能热处理实践

2019-10-08杨程坤许冀鑫

铸造设备与工艺 2019年4期

杨程坤，马鑫，刘建，许冀鑫

（辽宁福鞍重工股份有限公司，辽宁鞍山 114016）

GP280GH是欧盟钢种的牌号，由于其综合性能优异，生产成本低廉，广泛应用于高温环境下的汽轮机组件。该钢种的抗拉和屈服强度要求较高，尤其还需要在600℃以上进行焊后消应力。一般来讲，为了达到性能和本体硬度要求，材料中C、Mn含量取中上限，合金元素质量分数也需尽量接近1.00%的标准。但为了降低生产成本，实际生产时没有添加合金元素，在此基础上，研究通过热处理的手段满足性能要求。该材质的化学成分要求和实际铸件的成分如表1所示，力学性能要求如表2所示。

1 热处理工艺方案

当成分一定时，热处理工艺的选择就成为影响性能的关键。热处理工艺的选择一般参考该材质的C曲线，如图1所示。

当合金含量少的时候，C曲线左移，钢的淬透性降低[2]。因此，根据该材质的近似CCT曲线可知，为使调质后的硬度达到160 HB左右，需要淬火后硬度达到190 HB，因此奥氏体化后的冷却速度不能低于29℃/s，所以借助淬火的工艺，淬火方式为水冷。考虑到该材质还有焊后热处理温度不能低于600℃的要求，热处理工艺选择890℃×14 h+610℃×8 h.为了进行比较，选择同样的工艺进行正回火试验。

表1 GP280GH的化学成分要求（质量分数，%）

表2 力学性能要求

图1 GP280GH的近似CCT曲线[1]

2 热处理试验

从铸件上切2个试块（220mm×150mm×70mm），分别进行正回火试验和调质试验，为了消除试块位置对性能的影响，采用对称取样的方式。试验数据如表3所示。

表3 GP280GH的力学性能要求

从表3可以看出，该材质经过正回火热处理后，强度和硬度都达不到要求，而经过淬火后，强度、硬度、冲击性能全部提高，力学性能各项指标均达到了客户的要求，表现出了良好的综合性能，硬度也符合要求范围的中值。两种热处理条件下的金相分析结果如图2所示，微观组织分析和晶粒度如表4所示。

图2 GP280GH的金相组织

表4 GP280GH在不同热处理条件下的微观组织和晶粒度

从金相分析结果可以看出，该种材质正回火和淬火条件下都是珠光体+铁素体组织，但淬火状态下性能指标才能合格，主要还是由于珠光体含量和晶粒度的影响。结合该材质的CCT曲线可以看出，如果在A→F转变时冷却速度过慢，先共析铁素体的含量将增加，珠光体含量降低，所以强度和硬度指标不能达标；只有在淬火的条件下，通过提高过冷奥氏体的冷却速度，减少A→F的转变量，获得较多的珠光体，以及更细的晶粒度，从而获得优良的综合性能。