基于特殊要求的12Cr1MoVR鋼板熱處理工藝探討

溫冰

（河鋼舞鋼第一軋鋼廠 ，河南 舞鋼 462500）

當(dāng)前廣泛應(yīng)用在各種超高壓亞臨界電站鍋爐等設(shè)備上的鋼板，采用熱處理的工藝，實現(xiàn)了較好的耐腐蝕和耐高溫性能。其中12Cr1MoVR低合金耐熱鋼在制作工作溫度上，能夠經(jīng)過熱處理，在焊縫和熱影響區(qū)的施工上，降低對鋼板木材性能。因此使用蛇形管、導(dǎo)管、鋼管為主要構(gòu)造的12Cr1MoVR低合金耐熱鋼，經(jīng)過高溫析出后，碳化物對母材性能影響，經(jīng)過調(diào)整，滿足了焊后熱處理態(tài)力學(xué)性能，在工藝上通過特殊焊后熱處理，擁有了調(diào)整后的熱處理工藝較好的力學(xué)性能，滿足設(shè)計要求。

一、技術(shù)及技術(shù)方案

（一）技術(shù)要求

通過化學(xué)性能和力學(xué)性能的分析，經(jīng)過對厚度為42mm的12Cr1MoVR鋼板進(jìn)行焊后熱處理工藝對比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理之后，熱處理溫度較高的情況下，12Cr1MoVR鋼板的強(qiáng)度下降較快，力學(xué)性能能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（二）實驗方案

在實驗中完全奧氏體化后冷卻鋼板。熱處理工藝，采用無焊后熱處理方法，正火溫度為930℃，回火溫度為680℃。對于常規(guī)熱庫里工藝和特殊要求進(jìn)行對比之后，進(jìn)行了時間和溫度圖表的繪制。實驗室中箱式電阻爐正火為930度，鼓風(fēng)機(jī)加速冷卻，達(dá)到室溫之后，采用三種方式進(jìn)行保溫，淋水冷卻之后達(dá)到室溫，進(jìn)行模擬焊后熱處理[1]。如圖表1：

圖表1 12 Cr1MoVR試驗鋼化學(xué)成分要求（質(zhì)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

保溫時間為120分鐘，參照回火處理的方式進(jìn)行12Cr1MoVR鋼板熱處理狀態(tài)的試樣編號。針對實驗狀態(tài)的是要在進(jìn)行室溫拉伸實驗以及沖擊實驗之后，通過光學(xué)金相顯微鏡觀察，對于試驗的微觀組織進(jìn)行不同狀態(tài)的實驗[2]。

鋼板的拉伸和沖擊試樣取樣位置均在板厚1/4處，在60噸液壓式萬能試驗機(jī)上按GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗；在擊試驗機(jī)上按GB/T229-2007在常溫下進(jìn)行沖擊試驗。取沖擊試驗后的試樣制備顯微組織觀察試樣，在金相光學(xué)顯微鏡上觀察分析不同熱處理狀態(tài)下12Cr1MoVR鋼板的組織形態(tài)。

二、實驗結(jié)果及分析

（一）回火態(tài)組織和模擬焊后熱處理態(tài)組織對比，如圖表2：

圖表2 12 Cr1MoVR試驗鋼板的力學(xué)性能Rm/MPa Rel/MPa A/% 沖擊溫度/℃ KV2/J 440-590 ≧225 ≧10 0 48（平均）

經(jīng)過對鋼板木材進(jìn)行二次回合。在高溫回火過程中，分解為碳化物均勻和映像組織分解，保證鋼板回火穩(wěn)定性的前提下，在光學(xué)顯微鑒定，于是養(yǎng)回火太和模擬焊后熱處理，進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在晶界處進(jìn)行聚集之后，弱化固溶強(qiáng)化效果，導(dǎo)致了鋼板的強(qiáng)度下降。經(jīng)歷此時經(jīng)過高溫回火，空冷下的鐵鎖體含量較多，晶體顆粒析出，通過晶界聚合，碳化物顯示為弱化固溶強(qiáng)化效果。在這一現(xiàn)象下，經(jīng)過較好的彌散強(qiáng)化效果的運用，采用高溫回火和淋水冷卻的方式進(jìn)行試驗，溫度的降低具有較好的表現(xiàn)這個表現(xiàn)，通過模擬焊后熱處理派式樣的獲取，可以看到晶體顆粒狀態(tài)均勻分布，碳化物在鐵素體基體上保持了較高的強(qiáng)度[3]。如圖表3：

圖表3 不通熱處理狀態(tài)的試樣編號

（二）力學(xué)性能在室溫拉伸實驗和V型缺口沖擊試驗結(jié)果

通過力學(xué)試實驗等手段進(jìn)行熱處理工藝的數(shù)值獲得，從結(jié)果看試驗：鋼板在Ac3以上30 ～ 40℃溫度正火+(705 ～715)℃回火時,其抗拉強(qiáng)度低于在Ac3以上，40 ～70℃溫度正火+(705 ～715)℃回火時得到的抗拉強(qiáng)度,在Ac3以上40～70℃溫度正火+(705～715)℃回火時鋼板抗拉強(qiáng)度變化不大;鋼板在Ac3以上40 ～ 50℃溫度正火+(655 ～735)℃回火時,熱處理工藝差異對鋼板模擬焊后熱處理態(tài)抗拉強(qiáng)度影響不大。

對試樣進(jìn)行拉伸和沖擊試驗，分別測定了鋼板在熱軋態(tài)、正火態(tài)及正火+回火態(tài)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和常溫沖擊功。熱軋態(tài)試樣的屈服強(qiáng)度與常溫沖擊功偏低，其他參數(shù)差別不大。

對相同正火溫度下不同回火溫度的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行分析，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率隨回火溫度的變化一致，且均近似為一條水平線，因此回火溫度對抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率的影響不大。原工藝中只有屈服強(qiáng)度與前者相同，而抗拉強(qiáng)度與延伸率都要比710℃正火+680℃回火的低。僅從抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度與延伸率這三個性能指標(biāo)而言，750℃正+680℃回火工藝處理的材料要優(yōu)于其他熱處理工藝，且優(yōu)于原工藝。

試驗結(jié)果表明不同形態(tài)的試樣拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度以及斷后伸長率各有不同。正火加靜止空氣冷卻680度左右時，12Cr1MoVR鋼板經(jīng)過高溫模擬焊后熱處理，滿足了技術(shù)要求的前提下，試驗樣品的強(qiáng)度和韌性都處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是經(jīng)過焊后熱處理的試驗強(qiáng)度可以下降到較低水平。在750℃的情況下，經(jīng)過靜止空氣冷卻750℃，回火處理以及正火，是氧強(qiáng)度和韌性發(fā)生了下降，無法達(dá)到技術(shù)要求。在合理范圍內(nèi)經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)加速冷卻750℃回火處理試樣在合理范圍內(nèi)具有較好的韌性[4]。如圖表4：經(jīng)過持續(xù)的強(qiáng)度冷卻，模擬焊后熱處理，沖擊韌性處于較低水平，沖擊韌性保持在良好狀態(tài)[5]。熱處理試樣的強(qiáng)度沒有大的變化，基本處在穩(wěn)定狀態(tài)。此時經(jīng)過后續(xù)加工成型，拉伸難度逐漸降低，強(qiáng)度依然較高。鋼板經(jīng)過正火加靜止空氣冷卻之后，回火穩(wěn)定性較差，但是強(qiáng)度可以滿足要求。經(jīng)過高溫模擬焊后，處理之后，實驗鋼在正火和鼓風(fēng)機(jī)加速冷卻以及高溫結(jié)合的處理工藝后，回火態(tài)強(qiáng)度適中，碳化物分布比較均勻。經(jīng)過正火加臨水冷卻和高溫回火處理之后，在模擬焊后熱處理狀態(tài)下，實驗鋼強(qiáng)度超過標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的使用，力學(xué)性能也相對穩(wěn)定。

圖表4 試樣在不同熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能

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（三）金相組織觀察

利用沖擊試驗后的試樣，在金相顯微鏡下觀察12Cr1MoV的組織形態(tài)，觀察結(jié)果如圖5。

圖5 不同熱處理工藝下12Cr1MoVR鋼的金相組織

鐵素體與珠光體的晶粒尺寸是隨著回火溫度的增加而減小的，而在回火溫度一定時鐵素體與珠光體晶粒尺寸同樣是隨著正火溫度的增加而減??；從材料的組織來看雖然珠光體隨正火、回火溫度的變化與鐵素體的大致相同，但也有所不同，已經(jīng)能夠取代原有熱處理工藝了。從組織上來分析試樣的熱處理工藝有效的阻止形變的發(fā)生，其分布越均勻就越有利于材料強(qiáng)度和塑韌性的提高。因此，當(dāng)塑性形變和微裂紋由一個晶粒由于晶界阻力大，所以材料的晶粒越細(xì)小其強(qiáng)度和韌性也就越高。

三、結(jié)論

對12Cr1MoV鋼進(jìn)行高溫焊后熱處理，正火處理后 12Cr1MoV鋼板的性能、強(qiáng)度和韌性變化不大，與930℃正火+680℃回火處理后的基本相同，采用不同的冷卻方式,在接近Ac1的溫度進(jìn)行高溫回火試驗.通過對比高溫模擬焊后熱處理態(tài)性能,分析顯微組織,確定了最佳的熱處理工藝。12Cr1MoV鋼在熱軋態(tài)、正火態(tài)及正火+回火態(tài)下隨著正火溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不大，而沖擊韌性有較大增加，可以降低鋼板的生產(chǎn)成本。