淬火溫度對25Mn2鋼組織與硬度的影響

王軍

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島125105）

目前在生產高鋼級油井管如N80、L80、P110鋼級無縫鋼管時，許多廠家在合金或微合金化結構鋼的基礎上采用調質處理的熱處理方法來提高油井管的性能。25Mn2是油套鋼管生產中常用的金屬材料，屬于優質碳素結構鋼，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，適宜于進行調質處理后使用。通常25Mn2鋼通過調質處理獲得鋼級別為N80-Q的油井管，如何確定或優化與選定熱處理工藝制度均是提高油管性能的重要技術關鍵。

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，并進行綜合分析，為確定25Mn2鋼合理的熱處理工藝提供依據。

1 試驗材料與方法

試驗用鋼的牌號為25Mn2，厚度為6～7 mm，其具體化學成分如表1所示。

表1 25Mn2鋼的化學成分 （%）

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行打磨，在試驗鋼管的橫剖面外圈、中間、內圈各選4個點，每個點的距離要大于3 mm，然后進行洛氏硬度測量，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型光學金相顯微鏡下觀察組織并照相。

2 試驗結果與分析

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），可以發現當淬火溫度大于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℃以上鐵素體發生多邊形化，由針片狀變為多邊形。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，在圖中還可以發現，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，試驗鋼的塑性韌性會明顯變差，而硬度增加不明顯。

3 結論

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。

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