正火溫度對37Mn5鋼組織和性能的影響

劉敬平

摘 要：文章研究了不同正火溫度對37Mn5鋼的組織和性能的影響。結果表明，與正火前37Mn5鋼相比，經760℃～880℃正火，材料的屈服強度、抗拉強度、延伸率都得到了提高，沖擊韌性大幅度提升，這主要是由于正火處理使晶粒細化，條狀珠光體變成球狀珠光體的結果。37Mn5鋼最佳正火工藝為850℃60min的正火。

關鍵詞：正火處理；力學性能；顯微組織

中圖分類號：TG115.21 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0179-02

37Mn5鋼是油井套管和油管用管坯用鋼，主要用于生產K55級和J55級鋼管，在石油領域使用量很大。套管在實際使用過程中受到來自軸向、橫向、扭曲、內壓、外壓、彎曲等各種形式的應力作用，加速了管體失效，這就要求在實際生產中石油套管要有足夠的強度和良好的韌性。本文主要研究正火工藝對37Mn5鋼組織和性能的影響，并找出其在不同溫度下正火處理的組織及性能的變化規律，為實際生產中確定正火工藝參數提供依據。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗所用套管材料為37Mn5鋼，材料化學成分如表1所示。

1.2 試驗方法

正火試樣分三組，分別用于觀察金相組織，拉伸試驗，和沖擊試驗。將試樣分別進行760℃、790℃、820℃、850℃和880℃下保溫時間為60min的正火處理。在CMT5105微機控制萬能試驗機上進行拉伸力學性能測試，測得試樣的屈服強度、抗拉強度和延伸率。通過擺錘式沖擊實驗機測試材料的沖擊韌性。金相試樣進行研磨、拋光、腐蝕，利用光學顯微鏡進行顯微組織觀察。

2 試驗數據及結果分析

將不同溫度正火的試樣進行室溫縱向拉伸和縱向沖擊試驗，力學性能測試結果如表2所示。

從表2數據分析可知，與正火前37Mn5鋼相比，經正火后，材料的屈服強度、抗拉強度和延伸率都有提高，沖擊韌性大幅提高。正火溫度從760℃升高到850，材料的屈服強度逐漸升高，在850℃，達到最大值434MPa，正火溫度升高到880℃，材料的屈服強度有所降低。正火溫度由750度升至840度時，材料的抗拉強度先降低后升高，在850℃達到最大值718MPa，大于正火前材料的抗拉強度，當溫度升高到880℃時，材料抗拉強度有所下降。經正火的材料的沖擊功值均達到了50J以上，沖擊功在810℃正火溫度時最大，材料的綜合力學性能好。

圖1是正火溫度為760℃、790℃、820℃、850℃和880℃，保溫時間為60min的37Mn5鋼試樣金相組織，由鐵素體和珠光體組成，白色成網狀的組織是鐵素體，黑色組織是珠光體。圖1（a）顯微組織中鐵素體和珠光體分布基本均勻，其組織中的珠光體呈現條狀，圖1（b）（c）顯微組織中一少部分珠光體開始長大由條狀變為團狀，圖1（d）顯微組織中鐵素體和珠光體大小接近，分布均勻。從圖1（a）～（d）可以看出，正火溫度從760℃增加到850℃，材料組織分布均勻，晶粒細化，晶粒度達到了9.5級，達到超細晶粒，在拉伸時可承受的拉伸載荷很大，抗拉強度大，對材料的力學性能有良好的影響。從圖1（e）可以看出，當溫度繼續升高到870℃時，顯微組織中鐵素體和珠光體晶粒明顯變大，導致材料抗拉強度下降，材料的力學性能下降。可見，37Mn5鋼最佳正火溫度為850℃，在此溫度能夠獲得較好的力學性能。

3 結束語

在760℃～850℃正火，37Mn5鋼均由珠光體和鐵素體構成，珠光體組織顯著的由條狀轉變為團塊狀，材料的晶粒細小，材料的屈服強度、抗拉強度和沖擊功增加，保持較高的沖擊韌性水平；在880℃正火，37Mn5鋼的晶粒長大，材料的晶粒長大，材料的屈服強度、抗拉強度和沖擊韌性有所下降。

37Mn5鋼石油套管在生產后，經溫度為850℃正火，保溫時間為60min處理，可以獲得良好的組織和性能。

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