淬火溫度對25Mn2鋼組織與硬度的影響

王軍

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島125105）

目前在生產(chǎn)高鋼級油井管如N80、L80、P110鋼級無縫鋼管時，許多廠家在合金或微合金化結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上采用調(diào)質(zhì)處理的熱處理方法來提高油井管的性能。25Mn2是油套鋼管生產(chǎn)中常用的金屬材料，屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有高的淬透性，冷變形時的塑性中等，可切削性好，但焊接性較差，適宜于進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后使用。通常25Mn2鋼通過調(diào)質(zhì)處理獲得鋼級別為N80-Q的油井管，如何確定或優(yōu)化與選定熱處理工藝制度均是提高油管性能的重要技術(shù)關(guān)鍵。

本試驗采用不同淬火溫度+600℃回火溫度的熱處理工藝，通過觀察顯微組織和硬度測試，并進(jìn)行綜合分析，為確定25Mn2鋼合理的熱處理工藝提供依據(jù)。

1 試驗材料與方法

試驗用鋼的牌號為25Mn2，厚度為6～7 mm，其具體化學(xué)成分如表1所示。

表1 25Mn2鋼的化學(xué)成分 （%）

試驗鋼采用熱處理工藝如圖1所示，在不同溫度（850℃、880℃、910℃、940℃） 保溫10分鐘后，水淬+600℃回火保溫1小時，最后出爐空冷。

圖1 熱處理工藝示意圖

對熱處理后的試驗鋼管的橫剖面進(jìn)行打磨，在試驗鋼管的橫剖面外圈、中間、內(nèi)圈各選4個點，每個點的距離要大于3 mm，然后進(jìn)行洛氏硬度測量，并對所測的硬度值求平均值作圖。本試驗采用HRSS-150型數(shù)顯洛氏硬度計，選用載荷為1471 N。

熱處理后的試驗鋼管的橫剖面經(jīng)過切割、研磨、拋光及4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在德國蔡司Axiophot2型光學(xué)金相顯微鏡下觀察組織并照相。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 試驗鋼顯微組織

圖2為25Mn2鋼淬火后的試驗鋼顯微組織。試驗鋼組織主要為板條馬氏體，這是由于25Mn2鋼屬于低碳合金鋼，碳含量比較低。此外，隨著淬火溫度的增加，板條狀馬氏體有明顯變粗的趨勢，并有微量片狀馬氏體。對比圖2（b） 和2（c），可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)淬火溫度大于880℃時，板條狀馬氏體明顯粗化。

圖2 25Mn2鋼不同溫度淬火后的組織

圖3是不同溫度淬火+600℃回火后的試驗鋼顯微組織。試驗鋼組織主要為多邊形鐵素體+顆粒狀滲碳體。450℃以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?。這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱為回火索氏體。隨回火溫度升高，馬氏體中的碳不斷析出，所以鋼的強度、硬度不斷下降，而塑性、韌性不斷升高。從顯微組織圖看，600℃回火后組織差別不大，但當(dāng)淬火溫度高于600℃時組織明顯變粗。

圖3 25Mn2鋼600℃回火后的組織

2.2 力學(xué)性能

25Mn2鋼熱處理后的硬度如圖4所示。試驗鋼在不同溫度淬火時，獲得了不同的硬度，隨著淬火溫度的提高，硬度上升。同樣，試驗鋼在600℃回火時，其力學(xué)性能也有所不同，硬度隨淬火溫度的提高而上升。此外，在圖中還可以發(fā)現(xiàn)，不管是淬火后還是600℃回火后，880℃淬火的硬度明顯高于850℃淬火，但在淬火溫度高于880℃后硬度增加不明顯。

圖4 25Mn2鋼熱處理后的硬度

試驗鋼經(jīng)過不同溫度淬火的顯微組織板條狀馬氏體，隨著淬火溫度的升高，板條狀馬氏體逐漸粗大并且增多，還伴有微量片狀馬氏體。同時，馬氏體中碳飽和度增加，試驗鋼的硬度也隨之提高。之后再600℃回火，試驗鋼的硬度值保持淬火后硬度變化趨勢。作為油套鋼管使用的25Mn2鋼需要良好的綜合力學(xué)性能，即需要高的強度和一定的塑性韌性。綜合來看25Mn2鋼的淬火溫度880℃最為合適。這是因為從顯微組織來看，880℃淬火得到位錯型的板條馬氏體，具有高的強度和良好的韌性。淬火溫度超過880℃，板條馬氏體明顯變粗，還有微量片狀馬氏體出現(xiàn)，試驗鋼的塑性韌性會明顯變差，而硬度增加不明顯。

3 結(jié)論

25Mn2鋼的合適淬火溫度為880℃，淬火后的主要組織為板條馬氏體，600℃回火后的組織主要為多邊形鐵素體+顆粒狀滲碳體。

[1]解德剛,王長順,邸軍,等.27Mn5調(diào)質(zhì)N80Q、L80油井管的生產(chǎn)實踐[J].熱加工工藝,2011(4):191-193.

[2]李穎,唐豪清,樓淵,等.熱處理保溫時間對25Mn2鋼力學(xué)性能和顯微組織的影響[J].理化檢驗(物理分冊),2009(8):467-470.

[3]李安銘,趙曉運,楊紅保.25MnV鋼“零保溫”淬火組織與性能的研究[J].金屬熱處理,2006(4):62-64.

[4]李麗茹.回火溫度對25Mn2鋼組織與力學(xué)性能的影響[J].熱加工工藝,2014(6):196-197.