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）

當前廣泛應用在各種超高壓亞臨界電站鍋爐等設備上的鋼板，采用熱處理的工藝，實現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，能夠經過熱處理，在焊縫和熱影響區的施工上，降低對鋼板木材性能。因此使用蛇形管、導管、鋼管為主要構造的12Cr1MoVR低合金耐熱鋼，經過高溫析出后，碳化物對母材性能影響，經過調整，滿足了焊后熱處理態力學性能，在工藝上通過特殊焊后熱處理，擁有了調整后的熱處理工藝較好的力學性能，滿足設計要求。

一、技術及技術方案

（一）技術要求

通過化學性能和力學性能的分析，經過對厚度為42mm的12Cr1MoVR鋼板進行焊后熱處理工藝對比，發現經過處理之后，熱處理溫度較高的情況下，12Cr1MoVR鋼板的強度下降較快，力學性能能夠符合標準要求。

（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℃。對于常規熱庫里工藝和特殊要求進行對比之后，進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，鼓風機加速冷卻，達到室溫之后，采用三種方式進行保溫，淋水冷卻之后達到室溫，進行模擬焊后熱處理[1]。如圖表1：

圖表1 12 Cr1MoVR試驗鋼化學成分要求（質量分散）%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行12Cr1MoVR鋼板熱處理狀態的試樣編號。針對實驗狀態的是要在進行室溫拉伸實驗以及沖擊實驗之后，通過光學金相顯微鏡觀察，對于試驗的微觀組織進行不同狀態的實驗[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上按GB/T228-2002標準進行拉伸試驗；在擊試驗機上按GB/T229-2007在常溫下進行沖擊試驗。取沖擊試驗后的試樣制備顯微組織觀察試樣，在金相光學顯微鏡上觀察分析不同熱處理狀態下12Cr1MoVR鋼板的組織形態。

二、實驗結果及分析

（一）回火態組織和模擬焊后熱處理態組織對比，如圖表2：

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

經過對鋼板木材進行二次回合。在高溫回火過程中，分解為碳化物均勻和映像組織分解，保證鋼板回火穩定性的前提下，在光學顯微鑒定，于是養回火太和模擬焊后熱處理，進行觀察，發現在晶界處進行聚集之后，弱化固溶強化效果，導致了鋼板的強度下降。經歷此時經過高溫回火，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化效果。在這一現象下，經過較好的彌散強化效果的運用，采用高溫回火和淋水冷卻的方式進行試驗，溫度的降低具有較好的表現這個表現，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均勻分布，碳化物在鐵素體基體上保持了較高的強度[3]。如圖表3：

圖表3 不通熱處理狀態的試樣編號

（二）力學性能在室溫拉伸實驗和V型缺口沖擊試驗結果

通過力學試實驗等手段進行熱處理工藝的數值獲得，從結果看試驗：鋼板在Ac3以上30 ～ 40℃溫度正火+(705 ～715)℃回火時,其抗拉強度低于在Ac3以上，40 ～70℃溫度正火+(705 ～715)℃回火時得到的抗拉強度,在Ac3以上40～70℃溫度正火+(705～715)℃回火時鋼板抗拉強度變化不大;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抗拉強度影響不大。

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

對相同正火溫度下不同回火溫度的抗拉強度、屈服強度和延伸率進行分析，抗拉強度、屈服強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度、屈服強度和延伸率的影響不大。原工藝中只有屈服強度與前者相同，而抗拉強度與延伸率都要比710℃正火+680℃回火的低。僅從抗拉強度、屈服強度與延伸率這三個性能指標而言，750℃正+680℃回火工藝處理的材料要優于其他熱處理工藝，且優于原工藝。

試驗結果表明不同形態的試樣拉伸強度和屈服強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鋼板經過高溫模擬焊后熱處理，滿足了技術要求的前提下，試驗樣品的強度和韌性都處于穩定狀態，但是經過焊后熱處理的試驗強度可以下降到較低水平。在750℃的情況下，經過靜止空氣冷卻750℃，回火處理以及正火，是氧強度和韌性發生了下降，無法達到技術要求。在合理范圍內經過鼓風機加速冷卻750℃回火處理試樣在合理范圍內具有較好的韌性[4]。如圖表4：經過持續的強度冷卻，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[5]。熱處理試樣的強度沒有大的變化，基本處在穩定狀態。此時經過后續加工成型，拉伸難度逐漸降低，強度依然較高。鋼板經過正火加靜止空氣冷卻之后，回火穩定性較差，但是強度可以滿足要求。經過高溫模擬焊后，處理之后，實驗鋼在正火和鼓風機加速冷卻以及高溫結合的處理工藝后，回火態強度適中，碳化物分布比較均勻。經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下，實驗鋼強度超過標準要求，能夠滿足標準設計的使用，力學性能也相對穩定。

圖表4 試樣在不同熱處理狀態下的力學性能

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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，觀察結果如圖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小；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生，其分布越均勻就越有利于材料強度和塑韌性的提高。因此，當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小其強度和韌性也就越高。

三、結論

對12Cr1MoV鋼進行高溫焊后熱處理，正火處理后 12Cr1MoV鋼板的性能、強度和韌性變化不大，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的溫度進行高溫回火試驗.通過對比高溫模擬焊后熱處理態性能,分析顯微組織,確定了最佳的熱處理工藝。12Cr1MoV鋼在熱軋態、正火態及正火+回火態下隨著正火溫度的升高，抗拉強度和屈服強度變化不大，而沖擊韌性有較大增加，可以降低鋼板的生產成本。