20Cr1Mo1VNbTiB、25Cr2Mo1VA鋼熱處理工藝總結(jié)

南京金正奇交通設(shè)備制造有限公司（江蘇 210000）王增友

電站高壓螺栓是汽輪發(fā)動電機組重要部件之一，我國高參數(shù)機組緊固件螺栓材料主要為25Cr2Mo1VA，由于該鋼種長期運行后有脆性傾向，碳化物成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，金相組織出現(xiàn)網(wǎng)狀晶界，所以廣泛采用20Cr1MoVNbTiB鋼代替25Cr2Mo1VA。

1.熱處理試驗

20Cr1Mo1VNbTiB材料的化學(xué)成分見表1（GB/T20410－2006標準）。工藝路線：棒料→調(diào)質(zhì)→機加工。試驗設(shè)備使用MRIC2－200箱式電阻爐。熱處理調(diào)質(zhì)工藝見圖1。力學(xué)性能及試驗數(shù)據(jù)見表2。

25Cr2Mo1VA材料的化學(xué)成分見表3（GB／T3077－1999標準）。工藝路線：棒料→調(diào)質(zhì)→機加工。試驗設(shè)備使用MRIC2－200箱式電阻爐。熱處理調(diào)質(zhì)工藝見圖2。力學(xué)性能及試驗數(shù)據(jù)見表4。

表1 螺栓20Cr1Mo1VNbTiB的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 20Cr1Mo1VNbTiB熱處理工藝試驗數(shù)據(jù)

表3 螺栓25Cr2Mo1VA的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

圖1 螺栓20Cr1Mo1VNbTiB調(diào)質(zhì)工藝

圖2 螺栓25Cr2Mo1VA正火+回火工藝

2.試驗分析

（1）20Cr1Mo1VNbTiB材料屬珠光體熱強鋼，具有良好的綜合性能、松弛穩(wěn)定性和熱強性，均超過25Cr2Mo1VA鋼。同時鋼的缺口敏感性小，持久性好和熱脆性低。它主要用作熱電站大面積堅固螺栓，工作條件為535～575℃之間，約166個大氣壓。因此，對材質(zhì)的內(nèi)在質(zhì)量及力學(xué)性能要求極高。

熱處理1020～1040℃淬火油冷，700～720℃回火6h。一般在調(diào)質(zhì)前可經(jīng)退火或正火+回火的預(yù)備熱處理，奧氏體化溫度不宜高于1050℃，在1060～1080℃作較長時間保溫，晶粒開始粗化。考慮到工業(yè)油爐的溫度波動淬火溫度1030℃為宜，淬火時小截面尺寸螺栓采用油冷，直徑大于100mm螺栓宜采用水冷。應(yīng)避免在450～650℃區(qū)間回火，此時沖擊韌度降低。

（2）25Cr2Mo1VA材料具有較高的熱強性能，鋼的冷熱加工工藝性較好。然而這類鋼中含有的鉻、鉬、釩元素制造緊固件長期運行后均易脆化，硬度增高，韌性降低。該鋼的持久性較差，缺口敏感性也較大，在運行中易發(fā)生蒸汽泄漏及螺栓脆斷事故。

汽輪機制造業(yè)逐步以20Cr1Mo1VbTiB代替25Cr2Mo1VA材料，用于工作溫度在550℃以下的螺栓、緊固件、閥桿等。

作為螺栓材料，常用的熱處理有兩種：1030～1050℃正火，690～710℃回火；1040℃正火、960℃正火，670℃回火。兩次正火+回火抗松弛性能較高。

3.結(jié)果分析

（1）20Cr1Mo1VNbTiB、25Cr2Mo1VA材料經(jīng)過用不同方法熱處理工藝試驗，所得結(jié)果力學(xué)性能均符合技術(shù)條件和使用要求。

（2）20Cr1Mo1VNbTiB、25Cr2Mo1VA材料熱處理過程中，操作者必須嚴格按熱處理工藝要求，操作規(guī)程執(zhí)行。

（3）批量生產(chǎn)必須合理裝爐，嚴格控制爐溫、控制回火保溫時間、控制裝爐量、臺車爐平置于爐中，不得堆放，每爐不得超過500kg。

（4）通過對螺栓20Cr1Mo1VNbTiB、25Cr2Mo1VA材料熱處理工藝試驗，操作者必須按指定電爐設(shè)備操作，不得違反熱處理工藝規(guī)定要求，違反熱處理操作規(guī)程，否則達不到一定的合格率。

4.要求

汽輪發(fā)動機圓柱銷、螺栓、轉(zhuǎn)軸、主汽閥等工件用20Cr1Mo1VNbTiB、25Cr2Mo1VA材料必須按國家標準持有說明書，標明化學(xué)成分、晶粒度等級（不得低于5級），不能有其他組織（網(wǎng)狀鐵素體），發(fā)紋和非金屬夾雜物出現(xiàn)，檢查部門必須復(fù)驗，合格后進行調(diào)質(zhì)、正火處理性能合格方可供生產(chǎn)使用。

表4 螺栓25Cr2Mo1VAl熱處理工藝試驗數(shù)據(jù)