熱處理溫度對(duì)15Cr2Mo1鋼顯微組織和硬度的影響

王麗艷 黃 亮 馬新博 李興東

(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江150046)

15Cr2Mo1鋼屬于低碳低合金珠光體型耐熱鋼，廣泛應(yīng)用于電力、石化等領(lǐng)域[1-3]。由于其具有較好的熱強(qiáng)性和高溫抗氧化性能，常用于制造加熱爐管、壓力容器等，工作溫度在450～550℃[4-6]。該鋼常采用熱軋正火+高溫回火熱處理工藝，組織為鐵素體+層片狀珠光體[7-8]。這種層片珠光體屬于亞穩(wěn)組織，其表面積大，表面能高，所以在高溫長(zhǎng)期工作時(shí)，珠光體中的片狀碳化物會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，即造成珠光體球化[9-10]。因此，本研究旨在通過(guò)分析不同熱處理溫度對(duì)15Cr2Mo1鋼微觀組織和力學(xué)性能的影響，為15Cr2Mo1鋼的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

本實(shí)驗(yàn)所選用的15Cr2Mo1鋼中C含量為0.12%～0.18%，Cr為2.00%～2.50%，Mo為0.90%～1.10%。采用的熱處理工藝是以1.63℃s的速度加熱至980℃，保溫30 min奧氏體化后，再以1℃s的速度冷卻至不同溫度，保溫4 h，保溫溫度分別為420℃，440℃，460℃，480℃，500℃，520℃，最后冷卻至室溫。

15Cr2Mo1鋼的顯微組織觀察所選用的設(shè)備是Axiovert 40 MAT型倒置光學(xué)顯微鏡和SUPRA 55高能場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。采用HB3000型硬度計(jì)測(cè)試15Cr2Mo1鋼維氏硬度，載荷為300 g，時(shí)間為15 s。15Cr2Mo1鋼中奧氏體體積分?jǐn)?shù)采用Proto-LXRD應(yīng)力分析儀測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 熱處理后的組織

圖1為6種熱處理工藝處理后15Cr2Mo1鋼的金相組織圖。6種工藝僅熱處理溫度不同，隨著熱處理溫度升高，金相粒狀組織減少，層片狀組織增多。當(dāng)熱處理溫度大于460℃時(shí)，15Cr2Mo1鋼的金相組織基本上由層片狀組織組成。

2.2 熱處理后的掃描電鏡照片

圖2是15Cr2Mo1鋼經(jīng)不同熱處理工藝處理后的掃描電鏡照片。發(fā)現(xiàn)隨著熱處理溫度的升高，層片狀組織含量逐漸增加，且其層片狀組織間距先變細(xì)后逐漸變粗。

圖3為殘余奧氏體含量與熱處理溫度之間的關(guān)系。從圖3中可知，隨著熱處理溫度的增加，奧氏體的含量先降低后增加，當(dāng)熱處理溫度達(dá)到480℃時(shí)，其奧氏體含量最少，僅為0.63%。

2.3 15Cr2Mo1鋼熱處理后的硬度

圖4是15Cr2Mo1鋼維氏硬度與熱處理溫度的關(guān)系?？梢?jiàn)，隨著熱處理溫度的升高，15Cr2Mo1鋼的維氏硬度先升高后降低。當(dāng)熱處理溫度達(dá)到480℃時(shí)，其硬度值最高達(dá)到437HV。

(a)420℃(b)440℃(c)460℃(d)480℃(e)500℃(f)520℃

圖1 15Cr2Mo1鋼經(jīng)不同熱處理溫度熱處理后的金相組織Figure 1 Metallographic structures of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

圖2 15Cr2Mo1鋼經(jīng)不同熱處理溫度熱處理后的掃描電鏡照片
Figure 2 Scanning electron microscope pictures of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

圖3 15Cr2Mo1鋼經(jīng)不同熱處理溫度熱處理后的奧氏體體積分?jǐn)?shù)Figure 3 Austenitic volume fractions of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

圖4 15Cr2Mo1鋼經(jīng)不同熱處理溫度熱處理后的硬度Figure 4 Hardnesses of 15Cr2Mo1 steel after heat treatment at different temperatures

這是因?yàn)殡S著熱處理溫度的增加，15Cr2Mo1鋼中層片狀組織逐漸增加，同時(shí)殘余奧氏體含量逐漸減少，在兩者組織因素共同作用下，使其在熱處理溫度為480℃時(shí)，硬度達(dá)到峰值。

3 結(jié)論

15Cr2Mo1鋼的硬度隨著熱處理溫度的增加先升高后降低，這是因?yàn)槠淞罱M織減少，層片狀組織逐漸增加，同時(shí)其奧氏體含量先降低后升高。