一次正火与两次正火对ZG15Cr1Mo1V材料性能和组织的影响

肖章玉 曾国成 宁德林

(中国第二重型机械集团公司，四川618000)

一次正火与两次正火对ZG15Cr1Mo1V材料性能和组织的影响

肖章玉 曾国成 宁德林

(中国第二重型机械集团公司，四川618000)

通过对ZG15Cr1Mo1V材料进行两次正火+回火与一次正火+回火的热处理，了解两种热处理方式对该材料室温力学性能和组织的影响。

ZG15Cr1Mo1V；正火；力学性能；金相组织

ZG15Cr1Mo1V材料属于热强钢，导热系数小，刚度大，常在高温下工作，多用于电站汽轮机缸体等铸件[1]。某厂订货的ZG15Cr1Mo1V材料中压内缸等铸件的企业标准要求采用两次正火加高温回火的方式，且第二次正火的温度相对于第一次正火温度大幅度降低，致使出现一定程度的混晶现象，引发性能不稳定。为解决这一突出问题，分析该材料热处理机理，探讨了一次正火加高温回火的热处理方式，与标准要求的两次正火加高温回火进行了材料力学性能、金相组织的对比。

1 试料准备及技术要求

1.1 试料准备

根据缸体产品的最大截面积，浇注了两个400 mm×400 mm×350 mm的大试块，一个做一次正火热处理，另一个做两次正火热处理，但同炉回火热处理。正回火之后再按图1进行切割。

为方便比对，以1#代表一次正火热处理加高温回火，2#代表二次正火加高温回火，依据图1标识，A代表试块表面，C代表试块中心。2#加工标记同上。

1.2 技术要求

该材料按某厂企业标准要求冶炼产品的成品成分如表1所示。

该材料的力学性能要求如表2所示。

(a)取样示意图(b)1#-A试料加工示意图(c)1#-C试料加工示意图

表1 ZG15Cr1Mo1V钢化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of ZG15Cr1Mo1V steel (mass fraction, %)

表2 ZG15Cr1Mo1V钢力学性能要求Table 2 The mechanical property requirements of ZG15Cr1Mo1V steel

表3 1#、2#试块热处理工艺试验方案Table 3 The test scheme of heat treatment process for 1# and 2# test block

2 ZG15Cr1Mo1V试块正回火工艺试验

2#试块采用两次正火+高温回火的热处理方式，第一次正火目的在于使钢中合金元素充分扩散达到均匀化的效果；第二次正火+高温回火目的在于细化晶粒，改善组织，提高铸件综合力学性能[2-4]。1#、2#热处理试验的具体过程如下，在进行第一次正火热处理时，将两个大试块放于同一热处理炉中加热保温，在冷却时， 1#试块进行喷雾，2#试块进行鼓风冷却。之后，2#试块再进行990℃的正火热处理，随后1#、2#试块再同炉回火热处理。具体热处理工艺如表3所示。

通过上述热处理后，进行了拉伸、冲击和显微组织试验，分别按照GB/T 228、GB/T 229和GB/T 13298中规定的方法进行试验，其结果如表4所示。

由表4可见，强度方面，1#试样与2#试样在正回火后的抗拉强度差异很小，但1#试样比2#试样的屈服强度总体高约15 MPa，主要原因在于1#大试块比2#大试块正火温度更高，过冷度更大，促使屈服强度更高。1#，2#试块的外层试块的强度与各自心部试块的强度差别不大，硬度也几乎相当。 冲击功方面，1#、2#有高有低，但1#、2#的A试块均大幅度高于C试块，其主要原因在于A试块在表面，C试块在心部，A试块较C试块淬火效果更好，所以冲击功更好。

1#、2#各个区域电子金相照片如图2所示。

由图2可见，组织均为回火贝氏体。1#试块组织均匀，晶粒细小；2#试块存在大片状板条贝氏体组织。就晶粒度而言，1#试样总体比较均匀，也比较细小；2#试样普遍存在混晶现象，个别粗大晶粒甚至达到70%，这对冲击韧性极为不利。主要原因在于该种材料属于Cr-Mo钢，其中Cr、Mo有延缓过冷奥氏体转变的作用，且可扩大贝氏体转变温度范围。Mo强烈抑制珠光体转变而对贝氏体转变影响很小，因而易于发生贝氏体转变，该组织转变为非平衡态组织，容易存在组织遗传[5]。当再次进行正火时，原有晶粒得到部分遗传保持，又会产生奥氏体的形核和长大，所以正火次数的增加使得混晶现象更加明显。

3 结论

(1)一次正火与两次正火相比较，抗拉强度差异小，屈服强度略高。表层与心部强度差异较小。

(2)一次正火与两次正火相比较，冲击功有高有低，但总体而言，表层冲击功均高于心部冲击功。

(3)一次正火与两次正火相比较，前者晶粒更加细小均匀，后者有粗大晶粒且存在混晶现象。

表4 ZG15Cr1Mo1V材料两次正火与一次正火后力学性能及显微组织比较Table 4 Comparison of mechanical properties and microstructure of ZG15Cr1Mo1V material after twice normalizing and once normalizing

(a)1#-C-5(b)1#-A-5(c)1#-C-9(d)1#-A-9(e)2#-C-5(f)2#-A-5(g)2#-C-9(h)2#-A-9

[1] 李晓宏，王晓燕，赵秀峰.ZG15Cr1Mo1V阀室热处理工艺研究：第十一次全国热处理大会论文集[C].2015.

[2] 冶金部钢铁研究总院.难熔金属断口分析图谱[M].北京：科学出版社，1991.

[3] Sharma I G,Chakraborty S P, Suri A K.Reparation of TZM alloy by aluminothermic smelting and ist characterization[J].Joumal of Alloys and Compounds,2005,393:122-128.

[4] 吴新光，杜晓斌.TZM合金及其特性[J].中国钼业，2005,29(5)：30-31.

[5] 杨顺田.珠光体耐热钢ZG15Cr1Mo1V一次奥氏体化工艺研究[J].热加工工艺，2015，44(8)：209-214.

编辑 杜青泉

Influence of Different Heat Treatment Process on Microstructure and Properties of ZG15Cr1Mo1V Materials

Xiao Zhangyu, Zeng Guocheng, Ning Delin

The influence of two different heat treatment process on mechanical properties at room temperature and microstructure has been understanded by carrying out twice normalizing + tempering heat treatment and once normalizing + tempering heat treatment for ZG15Cr1Mo1V material.

ZG15Cr1Mo1V; normalizing; mechanical property; metallographic structure

2016—10—20

肖章玉(1965—)，男，高级工程师，主要从事大型铸钢件热处理工艺研究。

TG156

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