30Cr2Ni2Mo是合金結(jié)構(gòu)鋼簡稱，特鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼，是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素而制成的鋼種。30Cr2Ni2Mo鍛鋼850℃淬火后,再分別進(jìn)行480,550和600 ℃的回火處理。分別用X射線衍射(XRD)測試了鍛鋼的物相,用掃描電鏡(SEM)分析了試樣的顯微組織及斷口形貌,用萬能材料試驗機(jī)測試了鍛鋼的力學(xué)性能。結(jié)果表明,隨回火溫度的升高，F(xiàn)e,Ni,相含量增大,回火索氏體組織中碳化物長大,沖擊斷口韌窩增多;鍛鋼強(qiáng)度降低,沖擊吸收能量增大,該鍛鋼適宜的回火溫度為550 ℃。

核電機(jī)組軸瓦材料要求工件經(jīng)鍛造后調(diào)質(zhì)處理,需滿足高強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求,即力學(xué)性能要求屈服強(qiáng)度R>1050 MPa,抗拉強(qiáng)度R. >1250 MPa,沖擊吸收能量KV,>45 J。目前大量使用30Cr2Ni2Mo鍛鋼,但這種鍛鋼的工藝穩(wěn)定性差,從而使力學(xué)性能往往達(dá)不到實際使用的要求。30Cr2Ni2Mo鍛鋼在使用過程中,往往出現(xiàn)力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)的情況。本文通過對比30Cr2Ni2Mo鍛鋼經(jīng)鍛造和調(diào)質(zhì)處理后的力學(xué)性能,利用金相顯微鏡和掃描電鏡(SEM)觀察鍛鋼的顯微組織、碳化物形貌及分布,以及斷口形貌,尋找熱處理工藝對30Cr2Ni2Mo鍛鋼強(qiáng)度、沖擊吸收能量的影響,從而為該鍛鋼的使用提供參考。

試驗用鍛鋼化學(xué)成分與GB/T 17107—1997《鍛件用結(jié)構(gòu)鋼牌號和力學(xué)性能》中30Cr2Ni2MoNi鋼相比較,化學(xué)元素的含量在國標(biāo)要求范圍之內(nèi)。但此鋼種仍存在較大的 Ni含量,意味著在鍛鋼中多余的Ni會和Fe形成其它相,以此化學(xué)成分為基礎(chǔ)的鍛鋼,其顯微組織及最終的力學(xué)性能將受熱處理及化學(xué)成分的影響。

30Cr2Ni2Mo鍛鋼化學(xué)成分

不同回火溫度處理后,試驗鋼的力學(xué)性能如表所示。可以看出,隨回火溫度的升高,材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都降低,特別是600℃回火后的屈服強(qiáng)度已降至1000 MPa以下,已不滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。伸長率、斷面收縮率和沖擊吸收能量都增大。550℃回火的沖擊吸收能量達(dá)46J,已超過45J,600 ℃回火后已遠(yuǎn)超過45J。因此,經(jīng)850℃淬火,再進(jìn)行回火處理時,回火溫度的選擇非常關(guān)鍵。回火溫度過低,雖能夠保證足夠的強(qiáng)度,但沖擊韌性達(dá)不到使用要求;同時,如果回火溫度過高,則強(qiáng)度下降,同樣達(dá)不到材料的使用要求。從力學(xué)性能值可以看出,選擇550℃的回火溫度較為適宜。

30Cr2Ni2Mo鍛鋼中的Ni與Fe形成Fe,Ni,相,并隨回火溫度的升高而增多;回火溫度升高,組織中的碳化物逐步長大,強(qiáng)度降低。30Cr2Ni2Mo鍛鋼隨回火溫度升高,斷口形貌從準(zhǔn)解理沿晶斷口過渡到韌窩狀纖維斷口;韌窩狀纖維更細(xì),大韌窩更多,沖擊吸收能量增大。該鍛鋼適宜的熱處理工藝為850℃淬火和550 ℃保溫2h回火。