正火温度对37Mn5钢组织和性能的影响

刘敬平

摘 要：文章研究了不同正火温度对37Mn5钢的组织和性能的影响。结果表明，与正火前37Mn5钢相比，经760℃～880℃正火，材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率都得到了提高，冲击韧性大幅度提升，这主要是由于正火处理使晶粒细化，条状珠光体变成球状珠光体的结果。37Mn5钢最佳正火工艺为850℃60min的正火。

关键词：正火处理；力学性能；显微组织

中图分类号：TG115.21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0179-02

37Mn5钢是油井套管和油管用管坯用钢，主要用于生产K55级和J55级钢管，在石油领域使用量很大。套管在实际使用过程中受到来自轴向、横向、扭曲、内压、外压、弯曲等各种形式的应力作用，加速了管体失效，这就要求在实际生产中石油套管要有足够的强度和良好的韧性。本文主要研究正火工艺对37Mn5钢组织和性能的影响，并找出其在不同温度下正火处理的组织及性能的变化规律，为实际生产中确定正火工艺参数提供依据。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验所用套管材料为37Mn5钢，材料化学成分如表1所示。

1.2 试验方法

正火試样分三组，分别用于观察金相组织，拉伸试验，和冲击试验。将试样分别进行760℃、790℃、820℃、850℃和880℃下保温时间为60min的正火处理。在CMT5105微机控制万能试验机上进行拉伸力学性能测试，测得试样的屈服强度、抗拉强度和延伸率。通过摆锤式冲击实验机测试材料的冲击韧性。金相试样进行研磨、抛光、腐蚀，利用光学显微镜进行显微组织观察。

2 试验数据及结果分析

将不同温度正火的试样进行室温纵向拉伸和纵向冲击试验，力学性能测试结果如表2所示。

从表2数据分析可知，与正火前37Mn5钢相比，经正火后，材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率都有提高，冲击韧性大幅提高。正火温度从760℃升高到850，材料的屈服强度逐渐升高，在850℃，达到最大值434MPa，正火温度升高到880℃，材料的屈服强度有所降低。正火温度由750度升至840度时，材料的抗拉强度先降低后升高，在850℃达到最大值718MPa，大于正火前材料的抗拉强度，当温度升高到880℃时，材料抗拉强度有所下降。经正火的材料的冲击功值均达到了50J以上，冲击功在810℃正火温度时最大，材料的综合力学性能好。

图1是正火温度为760℃、790℃、820℃、850℃和880℃，保温时间为60min的37Mn5钢试样金相组织，由铁素体和珠光体组成，白色成网状的组织是铁素体，黑色组织是珠光体。图1（a）显微组织中铁素体和珠光体分布基本均匀，其组织中的珠光体呈现条状，图1（b）（c）显微组织中一少部分珠光体开始长大由条状变为团状，图1（d）显微组织中铁素体和珠光体大小接近，分布均匀。从图1（a）～（d）可以看出，正火温度从760℃增加到850℃，材料组织分布均匀，晶粒细化，晶粒度达到了9.5级，达到超细晶粒，在拉伸时可承受的拉伸载荷很大，抗拉强度大，对材料的力学性能有良好的影响。从图1（e）可以看出，当温度继续升高到870℃时，显微组织中铁素体和珠光体晶粒明显变大，导致材料抗拉强度下降，材料的力学性能下降。可见，37Mn5钢最佳正火温度为850℃，在此温度能够获得较好的力学性能。

3 结束语

在760℃～850℃正火，37Mn5钢均由珠光体和铁素体构成，珠光体组织显著的由条状转变为团块状，材料的晶粒细小，材料的屈服强度、抗拉强度和冲击功增加，保持较高的冲击韧性水平；在880℃正火，37Mn5钢的晶粒长大，材料的晶粒长大，材料的屈服强度、抗拉强度和冲击韧性有所下降。

37Mn5钢石油套管在生产后，经温度为850℃正火，保温时间为60min处理，可以获得良好的组织和性能。

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