热处理对ZG15Cr13 冲击性能和组织的影响

方鹏洲，陈 涛，雷志刚

（浙江英洛华装备制造有限公司，浙江 金华 322118）

GB/T 2100 ZG15Cr13 即ZG1Cr13，属于半马氏体钢，对应美国ASTM A217 CA-15 牌号。钢中除了马氏体之外还有15%左右的δ-铁素体。ZG15Cr13 经过调质处理后获得较好的强度和冲击韧性。因此主要用于各种泵体、汽轮机叶片等的制造。ZG15Cr13 不锈钢中含有13%左右的Cr，因而具有较高的淬透性，淬火时即便是空冷也能获得马氏体组织。我公司主要生产ZG15Cr13 材质泵体铸件，热处理方法采用的便是预处理+空淬+高温回火。因淬火空冷时冷却速率不易控制，导致在生实际产中容易出现冲击性能偏低，组织不合格的情况。因此我们对该材质从热处理工艺展开了实验研究。通过调整热处理工艺找出相应的解决方案。

1 实验材料及方案

1.1 材料标准要求

ZG15Cr13 的标准要求见表1 所示。

图1为Cr13型不锈钢的相图，从相图中可以看出Ac1≈800℃，Ac3≈900℃。

1.2 试样规格及成分

本次实验试样采用φ28mm 随炉铸造基尔试样，熔炼分析见下表2 所示：

1.3 实验方法及结果

将17863 炉号铸造试样采用950 ℃预处理+1020 ℃淬火+740℃回火。淬火时，分别以不同冷却速度冷却。然后作力学性能检测。冷却方式分别为：炉膛开炉门冷却，生产随铸件空冷，试棒单独空冷，水-空-水冷却，然后记录从开始淬火到试样冷却到200℃所用的时间。实验结果见下表3 所示。

图1 12%Cr 时Fe-Cr-C 相图

表1 GB/T2100 对ZG15Cr13 的要求

表2 ZG15Cr13 熔炼、成品分析

表3 17863 炉号淬火不同冷却速率下力学性能

表4 17863 和17936 炉号回火不同冷却方式力学性能

从表3 数据可以看出，随着淬火冷却速度的提升，屈服强度和抗拉强度没有明显提升，但冲击值提升幅度较明显。因为强度指标在随炉空冷的时候，已经达到材料极限，没有较大的提升空间。如果继续加快冷却速度，只会让铸件产生较大的内应力，导致铸件开裂。然后对表3 中的4 个试样进行金相分析。见下图2所示。

图2 不同淬火冷却速度下金相组织

从图可以看出，开炉膛冷却的组织中含有较多的铁素体，导致冲击性能很低。不满足标准要求。随着冷却速度的加快，铁素体含量减少，组织呈一致的回火索氏体，且保留了原马氏体组织位向。此时冲击性能大幅提升。其冲击平均值与淬火冷却时间关系如图3 所示。

再将试样分别以同样的热处理工艺进行热处理。淬火冷却方式均为直接出炉空冷，然后以740℃进行回火，然后分别水冷和空冷。其力学性能如表4 所示。

从表4 数据可以看出，ZG15Cr13 在740℃回火后，随着回火冷却速度的加快，冲击值没有明显变化，因此ZG15Cr13 铸件在实际生产回火中，可以直接空冷。再把5# 、6#试样进行金相分析，金相组织均为保留原马氏体位向的回火索氏体，结果见图4所示。

图3 冲击平均值与淬火冷却时间关系

图4 不同淬火冷却速度下金相组织

2 结论

（1）为了提高ZG15Cr13 材质铸件的冲击性能，需尽量加快淬火冷却速率，在没有油淬的条件下可以使用空冷淬火。但需加快空气流动速率，抑制铁素体析出，提高冲击性能。

（2）在相同的淬火条件下，回火冷却速率对ZG15Cr13 的冲击性能影响较小，实际生产可以直接空冷。