基于特殊要求的12Cr1MoVR钢板热处理工艺探讨

温冰

（河钢舞钢第一轧钢厂 ，河南 舞钢 462500）

当前广泛应用在各种超高压亚临界电站锅炉等设备上的钢板，采用热处理的工艺，实现了较好的耐腐蚀和耐高温性能。其中12Cr1MoVR低合金耐热钢在制作工作温度上，能够经过热处理，在焊缝和热影响区的施工上，降低对钢板木材性能。因此使用蛇形管、导管、钢管为主要构造的12Cr1MoVR低合金耐热钢，经过高温析出后，碳化物对母材性能影响，经过调整，满足了焊后热处理态力学性能，在工艺上通过特殊焊后热处理，拥有了调整后的热处理工艺较好的力学性能，满足设计要求。

一、技术及技术方案

（一）技术要求

通过化学性能和力学性能的分析，经过对厚度为42mm的12Cr1MoVR钢板进行焊后热处理工艺对比，发现经过处理之后，热处理温度较高的情况下，12Cr1MoVR钢板的强度下降较快，力学性能能够符合标准要求。

（二）实验方案

在实验中完全奥氏体化后冷却钢板。热处理工艺，采用无焊后热处理方法，正火温度为930℃，回火温度为680℃。对于常规热库里工艺和特殊要求进行对比之后，进行了时间和温度图表的绘制。实验室中箱式电阻炉正火为930度，鼓风机加速冷却，达到室温之后，采用三种方式进行保温，淋水冷却之后达到室温，进行模拟焊后热处理[1]。如图表1：

图表1 12 Cr1MoVR试验钢化学成分要求（质量分散）%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

保温时间为120分钟，参照回火处理的方式进行12Cr1MoVR钢板热处理状态的试样编号。针对实验状态的是要在进行室温拉伸实验以及冲击实验之后，通过光学金相显微镜观察，对于试验的微观组织进行不同状态的实验[2]。

钢板的拉伸和冲击试样取样位置均在板厚1/4处，在60吨液压式万能试验机上按GB/T228-2002标准进行拉伸试验；在击试验机上按GB/T229-2007在常温下进行冲击试验。取冲击试验后的试样制备显微组织观察试样，在金相光学显微镜上观察分析不同热处理状态下12Cr1MoVR钢板的组织形态。

二、实验结果及分析

（一）回火态组织和模拟焊后热处理态组织对比，如图表2：

图表2 12 Cr1MoVR试验钢板的力学性能Rm/MPa Rel/MPa A/% 冲击温度/℃ KV2/J 440-590 ≧225 ≧10 0 48（平均）

经过对钢板木材进行二次回合。在高温回火过程中，分解为碳化物均匀和映像组织分解，保证钢板回火稳定性的前提下，在光学显微鉴定，于是养回火太和模拟焊后热处理，进行观察，发现在晶界处进行聚集之后，弱化固溶强化效果，导致了钢板的强度下降。经历此时经过高温回火，空冷下的铁锁体含量较多，晶体颗粒析出，通过晶界聚合，碳化物显示为弱化固溶强化效果。在这一现象下，经过较好的弥散强化效果的运用，采用高温回火和淋水冷却的方式进行试验，温度的降低具有较好的表现这个表现，通过模拟焊后热处理派式样的获取，可以看到晶体颗粒状态均匀分布，碳化物在铁素体基体上保持了较高的强度[3]。如图表3：

图表3 不通热处理状态的试样编号

（二）力学性能在室温拉伸实验和V型缺口冲击试验结果

通过力学试实验等手段进行热处理工艺的数值获得，从结果看试验：钢板在Ac3以上30 ～ 40℃温度正火+(705 ～715)℃回火时,其抗拉强度低于在Ac3以上，40 ～70℃温度正火+(705 ～715)℃回火时得到的抗拉强度,在Ac3以上40～70℃温度正火+(705～715)℃回火时钢板抗拉强度变化不大;钢板在Ac3以上40 ～ 50℃温度正火+(655 ～735)℃回火时,热处理工艺差异对钢板模拟焊后热处理态抗拉强度影响不大。

对试样进行拉伸和冲击试验，分别测定了钢板在热轧态、正火态及正火+回火态的抗拉强度、屈服强度、延伸率和常温冲击功。热轧态试样的屈服强度与常温冲击功偏低，其他参数差别不大。

对相同正火温度下不同回火温度的抗拉强度、屈服强度和延伸率进行分析，抗拉强度、屈服强度和延伸率随回火温度的变化一致，且均近似为一条水平线，因此回火温度对抗拉强度、屈服强度和延伸率的影响不大。原工艺中只有屈服强度与前者相同，而抗拉强度与延伸率都要比710℃正火+680℃回火的低。仅从抗拉强度、屈服强度与延伸率这三个性能指标而言，750℃正+680℃回火工艺处理的材料要优于其他热处理工艺，且优于原工艺。

试验结果表明不同形态的试样拉伸强度和屈服强度以及断后伸长率各有不同。正火加静止空气冷却680度左右时，12Cr1MoVR钢板经过高温模拟焊后热处理，满足了技术要求的前提下，试验样品的强度和韧性都处于稳定状态，但是经过焊后热处理的试验强度可以下降到较低水平。在750℃的情况下，经过静止空气冷却750℃，回火处理以及正火，是氧强度和韧性发生了下降，无法达到技术要求。在合理范围内经过鼓风机加速冷却750℃回火处理试样在合理范围内具有较好的韧性[4]。如图表4：经过持续的强度冷却，模拟焊后热处理，冲击韧性处于较低水平，冲击韧性保持在良好状态[5]。热处理试样的强度没有大的变化，基本处在稳定状态。此时经过后续加工成型，拉伸难度逐渐降低，强度依然较高。钢板经过正火加静止空气冷却之后，回火稳定性较差，但是强度可以满足要求。经过高温模拟焊后，处理之后，实验钢在正火和鼓风机加速冷却以及高温结合的处理工艺后，回火态强度适中，碳化物分布比较均匀。经过正火加临水冷却和高温回火处理之后，在模拟焊后热处理状态下，实验钢强度超过标准要求，能够满足标准设计的使用，力学性能也相对稳定。

图表4 试样在不同热处理状态下的力学性能

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（三）金相组织观察

利用冲击试验后的试样，在金相显微镜下观察12Cr1MoV的组织形态，观察结果如图5。

图5 不同热处理工艺下12Cr1MoVR钢的金相组织

铁素体与珠光体的晶粒尺寸是随着回火温度的增加而减小的，而在回火温度一定时铁素体与珠光体晶粒尺寸同样是随着正火温度的增加而减小；从材料的组织来看虽然珠光体随正火、回火温度的变化与铁素体的大致相同，但也有所不同，已经能够取代原有热处理工艺了。从组织上来分析试样的热处理工艺有效的阻止形变的发生，其分布越均匀就越有利于材料强度和塑韧性的提高。因此，当塑性形变和微裂纹由一个晶粒由于晶界阻力大，所以材料的晶粒越细小其强度和韧性也就越高。

三、结论

对12Cr1MoV钢进行高温焊后热处理，正火处理后 12Cr1MoV钢板的性能、强度和韧性变化不大，与930℃正火+680℃回火处理后的基本相同，采用不同的冷却方式,在接近Ac1的温度进行高温回火试验.通过对比高温模拟焊后热处理态性能,分析显微组织,确定了最佳的热处理工艺。12Cr1MoV钢在热轧态、正火态及正火+回火态下随着正火温度的升高，抗拉强度和屈服强度变化不大，而冲击韧性有较大增加，可以降低钢板的生产成本。