正火工藝對(duì)12Cr2Mo1R鋼組織和性能的影響

戴志勇

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

正火工藝對(duì)12Cr2Mo1R鋼組織和性能的影響

戴志勇

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

12Cr2Mo1鋼屬低合金耐熱鋼，常用于制造在高溫下工作的零部件。為使其獲得較好的力學(xué)性能，通過(guò)試驗(yàn)研究正火工藝對(duì)12Cr2Mo1鋼組織和性能的影響。結(jié)果表明：在890～950℃溫度區(qū)間內(nèi)，隨著正火溫度的提高，多邊形鐵素體數(shù)量減少直至消失，維氏硬度逐漸升高，低溫韌性沖擊功明顯提高；當(dāng)正火溫度達(dá)到930℃后，組織為100%的貝氏體，而當(dāng)溫度超過(guò)930℃后，正火的貝氏體粗大。

12Cr2Mo1R鋼；正火；組織和性能

12Cr2Mo1鋼是一種工業(yè)用低合金鋼，由于其具有較好的抗蠕變、抗高溫氧化能力，優(yōu)良的力學(xué)性能、可加工性及焊接性等特點(diǎn)，被廣泛用于制造汽輪機(jī)缸體、壓力容器和加氫反應(yīng)器等。由于此類零件在高溫、高壓且與氫接觸的工作環(huán)境下使用，對(duì)其力學(xué)性能，特別是沖擊韌性的要求很高。因此，本文主要研究了正火工藝對(duì)12Cr2Mo1鋼組織和性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料為12Cr2Mo1耐熱鋼，鍛件厚度δ=90 mm，取該鋼的頭部、尾部和中部進(jìn)行化學(xué)成分分析，鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）如表1所示。

表1 12Cr2Mo1鋼的化學(xué)成分 （%）

12Cr2Mo1鋼鍛件的熱處理工藝采用的是正火+回火，從12Cr2Mo1鋼的CCT曲線可知，其臨界溫度Ac1=750℃，Ac3=880℃。對(duì)試板（標(biāo)記為a、b、c、d）進(jìn)行正火處理，正火溫度分別是890℃、910℃、930℃、950℃，鋼板（a、b、c、d）保溫時(shí)間均為2 h。熱處理工藝參數(shù)的選擇如表2所示。

表2 12Cr2Mo1鋼鍛件熱處理工藝

按照GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》要求制取沖擊試樣 (10 mm×10 mm×55 mm)。采用SANS擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 金相組織觀察

試驗(yàn)完成后，將鋼板加工成Φ10 mm×15 mm試樣，進(jìn)行預(yù)磨、機(jī)械拋光，然后用4%硝酸酒精溶液浸蝕，用4XCE光學(xué)顯微鏡觀察金相組織，如圖1所示。

圖1 12Cr2Mo1鋼不同正火溫度下的金相組織（a）890℃ （b）910℃ （c）930℃ （d）950℃

由圖1可以看出，12Cr2Mo1鋼采取不同的正火溫度處理時(shí)得到不同的金相組織。圖a獲得的組織為白色塊狀鐵素體+粒狀貝氏體，主要是因?yàn)樵嚇蛹訜釡囟壬愿哂?Ac3溫度 10℃（890℃），鐵素體在加熱過(guò)程中不能完全轉(zhuǎn)變，且碳原子擴(kuò)散不充分，奧氏體內(nèi)碳濃度不均勻，形成非均質(zhì)奧氏體，隨溫度降低奧氏體中碳濃度低的地方轉(zhuǎn)變成鐵素體，碳濃度高的地方轉(zhuǎn)變成了貝氏體；圖b試樣加熱溫度達(dá)到910℃，獲得的組織為貝氏體+少量細(xì)小的鐵素體，由于溫度繼續(xù)升高鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體并較均勻化，隨著溫度下降至貝氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始的溫度時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)化為貝氏體并少量細(xì)小的鐵素體；圖c和圖d組織為100%貝氏體，這是由于正火溫度達(dá)到了930℃，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體并均勻化，在冷卻的過(guò)程中，奧氏體全部轉(zhuǎn)化為貝氏體，但加熱溫度不能過(guò)高（超過(guò)930℃），否則會(huì)使奧氏體晶粒粗大，導(dǎo)致正火的貝氏體晶粒粗大。

2.2 硬度測(cè)試

對(duì)采用不同正火溫度處理的12Cr2Mo1鋼板進(jìn)行維氏硬度（5000 g/15 s）檢測(cè)，并繪制線圖如圖2所示。

圖2 12Cr2Mo1鋼維氏硬度隨正火溫度的變化情況

由圖2可以看出，在890～950℃溫度區(qū)間內(nèi)，隨正火溫度的升高，12Cr2Mo1鋼的維氏硬度也逐漸升高。這是因?yàn)楫?dāng)正火溫度提高時(shí)，基體組織中鐵素體數(shù)量減少，貝氏體組織逐步增多。

2.3 低溫沖擊韌性測(cè)試

試驗(yàn)采用不同熱處理工藝條件時(shí)，試樣低溫沖擊韌性結(jié)果如表3所示，由低溫沖擊試驗(yàn)（-30℃）結(jié)果可以看出，a試樣在-30℃沖擊吸收能量平均值為93.7 J，遠(yuǎn)小于試樣c和試樣d的沖擊吸收功。

表3 試樣低溫沖擊韌性試驗(yàn) （-30℃ AKV/J）

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著正火溫度的升高，沖擊功上升，這是由于其形成了韌性好的貝氏體組織。貝氏體組織是鐵素體和碳化物組成的混合物，對(duì)于鐵素體基體而言，碳化物屬于硬脆相，但是碳化物在鐵素體中呈片狀分布，對(duì)于解理裂紋的萌生和擴(kuò)展具有明顯的阻礙作用。正火溫度930℃，碳化物分布在鐵素體內(nèi)部，尺寸細(xì)小，不會(huì)輕易產(chǎn)生解理裂紋，一旦發(fā)生裂紋現(xiàn)象，其傳播將被許多碳化物或高密度的位錯(cuò)所阻止，因此表現(xiàn)出較高的沖擊韌性和較低的韌脆轉(zhuǎn)化溫度。當(dāng)正火溫度890℃時(shí)，基體組織則是白色塊狀鐵素體+少量粒狀貝氏體，此時(shí)試樣的低溫沖擊韌性明顯下降。

3 結(jié)論

第一，12Cr2Mo1鋼在890～950℃溫度區(qū)間，隨正火溫度的升高，多邊形鐵素體數(shù)量減少直至消失；當(dāng)正火溫度達(dá)到930℃后，組織為100%的貝氏體，當(dāng)溫度超過(guò)930℃后，正火組織粗大。

第二，12Cr2Mo1鋼在890～950℃溫度區(qū)間內(nèi)，隨正火溫度的升高，維氏硬度也逐漸升高。

第三，12Cr2Mo1鋼組織含有大量的多邊形鐵素體時(shí)，其低溫韌性沖擊功偏低，當(dāng)試樣組織中由大量的貝氏體組成時(shí)，其低溫韌性沖擊功明顯提高。

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［責(zé)任編輯：劉 月］

The Effect of Normalizing Process on 12Cr2Mo1R Steel Structure and Properties

DAI Zhiyong
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

12Cr2Mo1R steel is a low alloy heat-resistant steel,which is used in the manufacture of parts working in high temperature.In order to obtain good mechanical properties,the writer researches the effect of normalizing on 12Cr2Mo1R steel structure and properties through experimental study.The results show,at 890～950℃,with the normalized temperature increasing,the number of polygonal ferrite reduces until disappears,the Vivtorinox hardness increases gradually,and the impact toughness at low temperature increases obviously;when the normalized temperature reaches 930℃,the organization bainite was 100%,and when the temperature is over 930℃,the normalizing bainite becomes coarse.

12Cr2Mo1R steel;normalizing;structure and properties

TG161

A

2095-5928（2016）06-59-03

2016-10-15

戴志勇（1987-），男，遼寧葫蘆島人，助教，碩士，研究方向：焊接技術(shù)及材料熱處理。

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.06.016