正火加熱溫度對12Cr2Mo1鋼組織和性能的影響

馬春來，熊 偉

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

0 引言

12Cr2Mo1鋼屬低合金耐熱鋼，常用于制造鍋爐、汽輪機、動力機械、工業爐、石油化工等工業部門中在高溫下工作的零部件。這些部件除要具有高溫強度和抗高溫氧化腐蝕性能外，根據用途不同還要具有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的組織穩定性。

12Cr2Mo1鋼鍛件常用的熱處理工藝是正火后回火，正火加熱溫度的控制是獲得較好組織和力學性能的關鍵因素。

本文通過試驗探討正火加熱溫度對12Cr2Mo1鋼組織和性能的影響，找到適宜的正火加熱溫度，消除組織中殘存的鐵素體，使其獲得較好的綜合力學性能。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料及化學成分

實驗材料為12Cr2Mo1鋼IV類鍛件，對其進行取樣分析，化學成分如表1所示。力學性能檢測項目為拉伸和沖擊，且逐個檢測。

表1 12Cr2Mo1鋼鍛件化學成分 （%）

1.2 熱處理工藝

12Cr2Mo1鋼鍛件的熱處理工藝是正火+回火，從12Cr2Mo1鋼的CCT曲線可知，其臨界溫度Ac1=750℃，Ac3=880℃，正火保溫時間按1.5～4.0 min/mm選取，回火保溫時間按2.0～4.0 min/mm選取，故工藝參數的選擇如表2所示。

表2 12Cr2Mo1鋼鍛件熱處理工藝

2 實驗結果與分析

2.1 正火后組織

12Cr2Mo1鋼鍛件正火后的顯微組織如圖1所示。

圖1 12Cr2Mo1鋼鍛件正火后的顯微組織

12Cr2Mo1鋼鍛件正火后的組織為粒狀貝氏體，即大塊鐵素體內包含著一些滲碳體顆粒和“小島狀”組織，這些“小島狀”組織通常稱為M-A島。圖1（a） 1#試樣加熱溫度為890℃，正火后的組織除粒狀貝氏體組織外，還有白色塊狀鐵素體組織；圖1（b） 2#試樣加熱溫度提高至910℃時，正火后組織中鐵素體組織已完全消失；圖1（c） 3#試樣加熱溫度提高至930℃時，正火后組織中鐵素體組織雖完全消失，但粒狀貝氏體組織較1#、2#試樣粗大。

2.2 正火-回火后的組織

12Cr2Mo1鋼鍛件按表2所列工藝參數進行回火處理后的顯微組織如圖2所示。

圖2 12Cr2Mo1鋼鍛件正火-回火后的顯微組織

粒狀貝氏體在高溫回火時（600℃以上），M-A島基本分解完全，鐵素體也發生合并長大，并呈現多邊形化。從圖2可以看出，3個試樣的回火組織都是回火貝氏體，或者說是回火索氏體?；鼗鸷螅?#號試樣正火時的先共析鐵素體和回火轉變的鐵素體混在一起，已無法分辨，并已多邊形化；2#試樣鐵素體多邊形化明顯，M-A島全部分解，碳化物長大，并逐漸變條狀。組織均勻，粒度適中；3#試樣組織粗大，晶界明顯。

2.3 正火-回火后力學性能

將正火后的12Cr2Mo1鋼按表2所列工藝參數進行回火處理后，進行拉伸和沖擊試驗，結果如表3所示。

表3 12Cr2Mo1鋼鍛件正火-回火后的力學性能

從表3可以看出，1#、2#和3#試樣的力學性能，雖在強度和塑性上差別不大，但是低溫沖擊試驗結果有很大的區別，2#試樣在-30℃的沖擊吸收能量的平均值是292 J，遠大于1#試樣的沖擊吸收能量平均值92 J和3#試樣的沖擊吸收能量平均值250 J。

2.4 實驗結果分析

由于12Cr2Mo1鋼中Cr和Mo都是碳化物形成元素，其本身的擴散速度較慢，形成的碳化物不易分解，故使奧氏體化過程大大減緩，為獲得成分均勻的奧氏體，充分發揮合金元素Cr和Mo的作用，就要采用更高的加熱溫度。正火后組織中存在鐵素體的原因，是因為加熱溫度低時，原始組織中的鐵素體有一部分沒有轉變成奧氏體（即沒有完全奧氏體化），因而在冷卻時奧氏體轉變成了貝氏體，而鐵素體被保留了下來。在鋼的組織中，珠光體有最高的脆化溫度，其次是上貝氏體和鐵素體，所以鐵素體的存在會使鋼的韌-脆轉變溫度上升，故低溫沖擊試驗時其沖擊吸收能量偏低。但加熱溫度過高（超過930℃），會使奧氏體晶粒粗大，導致正火的貝氏體晶粒也粗大，回火后力學性能下降。當正火加熱溫度為910℃時，正火后組織中鐵素體組織已完全消失，在回火后鐵素體多邊形化明顯，M-A島全部分解，組織均勻、粒度適中，從而可得到較好的綜合力學性能。

3 結論

當正火加熱溫度為910℃，正火保溫時間為1.5～4.0 min/mm，回火溫度為710℃，回火保溫時間為2.0～4.0 min/mm時，熱處理后的組織為均勻的回火貝氏體組織，且綜合力學性能較好。

當正火加熱溫度低于910℃時，正火后組織中有殘存鐵素體，低溫沖擊吸收能量偏低。而當正火加熱溫度為930℃時，正火后組織粗大。

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