淬火温度对25Mn2V钢组织与性能的影响
&&&油井管作为石油勘采工程中的主要器材之一，在石油工业用钢的总量中占40%以上。从产量看，低钢级油井管，如H40、J55、K55等，供需基本平衡，但高钢级尤其是特殊性能油井管还需大量进口。从整个油井管国产化的发展趋势来看，国产油井管与国外同类型产品相比还存在着一定的差距，特别在品种、质量和科研开发方面，其差距还比较明显。因此，在国内研制与生产高质量、高强度油井管有其重要意义。目前在生产高钢级油井管（如N80、P110和Q125）无缝钢管时，常采用中碳或低碳、高锰以及复合合金化或微合金化（如加入Cr、Mo、Ni、Cu和V等）结构钢，如25Mn2、25Mn2V等，再通过调质热处理来提高油井管的力学性能，然而如何制定或优化热处理制度，仍是提高油井管性能的重要技术关键。
试验钢牌号为25Mn2V，其具体化学成分见表1，试验钢的厚度为10～12mm。25Mn2V钢采用不同温度淬火（850、880、910、950、℃）+600℃回火的调质处理工艺，在调质处理前先将其加热到1060℃保温25min后水淬进行固溶处理。
表1&&25Mn2V钢的化学成分（质量分数，%）
调质处理后的试验钢管的横剖面进行打磨，利用HRS-150型数字显示洛氏硬度计进行硬度测试。在试验钢管的横剖面外圈、中间和内圈各测试5个点，每个点的距离大于3mm，然后对所测硬度求平均值。
调质处理后的试验钢管的横剖面经切割、研磨、抛光及4%硝酸酒精腐蚀后，用奥林巴斯BX51M型金相显微镜观察显微组织。最后采用JSM-7600F扫描电子显微镜（SEM）对组织的精细结构进行观察。结果表明：
（1）25Mn2V钢调质处理淬火温度为910℃时，力学性能最高；但当淬火温度达到950℃时，淬火组织明显粗化，力学性能反而下降。
&&&&（2）25Mn2V钢调质处理时合理的淬火工艺为：加热温度910～930℃，保温时间25～30min（厚度为10～12mm）；回火温度推荐为600～620℃，保温时间为60min。（心远）
下游需求表现较冷，尤其是高位资源难有成交，市场信心仍待修复。综合来看，笔者预计本周国内钢材价格或震荡运行。
有人说，人生最大的痛苦是心灵没有归属，行动又失去了方向。“痛苦”时怎么办?还得自我疗伤：心存美好，则无可恼之事;心存善良，则无可恨之人;心若简单，则无外界纷扰。
人生有起伏，道路有曲折，渐渐的我们就会明白：脚下没有走不完的路，世上总有看不完的风景——所谓成熟，就是走好自己的路，欣赏眼前的风景。> 问题详情
淬火的目的是什么？试从获得的组织及性能等方面说明亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择。
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淬火温度对双相钢组织和性能的影响
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热处理工艺对钢微观组织的影响
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Ｈ１３属于热作模具钢，我国的牌号是４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１，是在碳素工具钢中加入Ｃｒ、Ｖ等合金元素而形成的钢种，在中温下的综合性能好，可空冷淬硬，广泛应用于锻模、压铸模和挤压模，是目前应用最广泛的热作模具钢种之一．由于Ｈ１３钢中合金元素含量可达到８％左右，合金元素改变了铁碳平衡相图，共析点左移，属过共析钢，在凝固过程中出现二次网状碳化物，如果熔炼和凝固过程控制不当，还会出现Ｃｒ和Ｖ的一次碳化物和合金元素的偏析．目前很多国内生产厂家的Ｈ１３钢锻前热处理为简单的球化退火，退火温度低，合金元素不能得到扩散，一次碳化物不能充分熔解，造成组织中存在粗大的一次碳化物，偏析也十分严重，锻造后形成局部的链状碳化物，强烈影响模块的冲击韧度．前期研究表明，高温正火＋球化退火热处理工艺加热温度高，冷却速度快，有利于减少合金元素的偏析，获得分布均匀二次碳化物、细小的组织．本文对前期的预备热处理进行了后续的最终热处理工艺，即淬火＋回火．淬火温度对Ｈ１３钢的最终性能具有重要的作用，如果淬火温度过低，碳化物溶解不充分，钢的淬透性下降，回火的稳定性降低，硬度达不到要求，温度过高又会导致奥氏体晶粒长大，大量碳化物溶入基体，淬火后出现针状马氏体，且硬度过高，增加热应力，服役容易开裂和折断．因此，有必要研究淬火温度对Ｈ１３钢的组织和性能的影响，优化淬火工艺，获得组织均匀而细小、弥散程度高、硬度适中的Ｈ１３钢，进而提高其后续使用性能．
１实验材料的制备
试验用Ｈ１３钢通过电炉熔炼＋真空精炼＋电渣重熔获得铸锭，将电渣重熔后的铸锭进行锻造．在进行锻造前，首先将铸锭送至天然气加热的热处理炉，以一定的加热速度将铸锭加热到１２００℃，在该温度下保温２ｈ，由于加热温度高，保温时间长，碳化物可以达到充分的熔解，合金元素的扩散能力也得到了提高，可以大大改善合金元素的偏析．锻造时，控制始锻温度为１１５０℃，终锻温度不得低于８５０℃，保证锻件不硬化，并且保证横向和纵向都锻透，锻造比＞３，将锻造后的Ｈ１３钢送入热处理炉进行热处理．试验用Ｈ１３钢化学成分见表１。
２实验结果及分析
２．１高温正火＋球化退火目前国内大多数生产厂家对Ｈ１３钢的预备热处理工艺是简单的球化退火，并未加高温正火．研究表明，在球化退火前进行正火有利于细化组织和碳化物均匀分布，但正火工艺的研究大多集中在９５０～９８０℃左右，通过相图分析发现，实现Ｈ１３钢完全奥氏体化温度为９３０～９４０℃左右，因此，采用９５０～９８０℃进行正火的温度偏低．为了使碳化物充分熔解，合金元素得到扩散，进一步提高了正火温度，达到１０２０℃．如图２所示［４］，采用高温正火＋球化退火的工艺其球化效果非常明显，球化率在９５％以上，偏析得到大幅度的改善，晶粒度在７级左右，达到了北美压铸协会标准评级．
２．２淬火温度对Ｈ１３钢组织的影响淬火加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织．在奥氏体晶粒长大不明显的情况下，适当地提高淬火温度可以加速碳化物的溶解，使奥氏体中含碳量和合金元素量增加，提高淬透性的同时可提高淬火后的硬度，进而在随后回火过程中可以进一步析出弥散的、细小的碳化物，这种组织有利于提高材料的热疲劳性能和回火稳定性，可充分发挥Ｈ１３钢的潜力．本文选择的淬火温度为９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃，保温１．５ｈ，油淬．
图３所示为分别在９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃炉中保温１．５ｈ后在油中淬火所得的显微组织．通过观察发现，不同保温温度的Ｈ１３钢淬火后的主相均为马氏体，同时还有残余奥氏体和碳化物，随着淬火温度的提高，碳化物的尺寸和数量减少，但是其晶粒尺寸也得到了相应的增大，这是由于温度的提高导致在奥氏体化过程中，奥氏体晶粒尺寸长大而形成的．为了进一步观察不同温度淬火下Ｈ１３钢的组织，对试样做了扫描电镜分析．图４所示为通过电镜扫描观察到的分别在９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃炉中保温１．５ｈ后在油中淬火所得的显微组织．通过观察发现，Ｈ１３钢在在９５０℃淬火时，其未溶碳化物的尺寸大小不一，最大的碳化物可以达到十几个微米，当提高淬火温度到１０００℃时，未溶的碳化物的尺寸较小，但也存在个别的大尺寸碳化物．其主要原因是在较低的温度下进行保温，奥氏体成分还没有足够均匀化，碳化物溶解较少，尤其是大尺寸的碳化物熔解不充分，导致淬火后碳化物组织不均匀；而在１０５０℃和１１００℃淬火后，碳化物进一步得到了减少，其中在１０５０℃淬火组织碳化物均匀，而在１１００℃淬火组织中只存在少量的碳化物，且碳化物的尺寸只有几个微米．在９００℃～１１８０℃的温度范围，碳化物的含量随着温度的升高而下降，当温度达到１１８０℃时，碳化物全部固溶进奥氏体中［５］．研究表明，随着淬火温度的提高，碳化物溶解得更加充分，当淬火温度为１１００℃，保温时间为１．５ｈ时，Ｈ１３钢的中碳化物几乎全部溶解．虽然这会提高组织的稳定性，但是在后续的回火过程中，不利于碳化物的析出从而强化组织．因为，淬火过程中未溶解的碳化物可以作为回火过程中碳化物析出的形核质点，且过高的淬火温度还会导致奥氏体晶粒的长大，当淬火温度高于１０７０℃时，奥氏体晶粒有明显的长大．因此从组织上分析，本文选取淬火温度１０５０℃，保温１．５ｈ为淬火工艺，可以保证奥氏体化过程中晶粒不急剧长大，一部分溶解的碳化物可以提高组织的稳定性、淬透性和淬硬性，未溶解的分布均匀、细小的碳化物可以作为后续回火时的碳化物析出形核质点．
淬火温度对Ｈ１３钢硬度的影响图５为淬火温度对Ｈ１３钢硬度的影响，由图可知，随着淬火温度的升高，Ｈ１３钢的硬度也随之增大，其主要原因是：一方面是淬火温度增加，冷却速度得到了提高，组织中形成的马氏体含量增加，硬度提高；另一方面原因是随着淬火温度的提高加速了合金碳化物的溶解，使淬火后马氏体中的碳和合金元素增加，从而提高Ｈ１３钢的淬透性和淬硬性，淬火后的硬度自然得到了提高．当淬火温度为１１００℃时，Ｈ１３钢的硬度最大，这对提高Ｈ１３钢的耐磨性是有利的，但是在该钢的基体上出现了裂纹，如图６所示．因此，本文研究的４个淬火温度，在保证硬度的同时又不出现裂纹，选取１０５０℃是合适的．
２．３淬火温度对回火组织的影响对热作模具钢Ｈ１３来说，碳化物细小均匀分布在基体上，对组织的强化是有利的，因此要求淬火后进行后续的回火处理，使淬火熔解的碳化物有一部分从新弥散析出，产生两次硬化现象．研究表明，采用同样的回火工艺进行二次回火后，其组织更加稳定和均匀，且硬度适中，有利于提高热挤压模具的使用寿命［７－９］，回火马氏体基体及其上分布的碳化物是决定Ｈ１３钢力学性能的本质因素．图７为经过６００℃，保温１．５ｈ，不同淬火温度对二次回火组织的影响（１１００℃淬火形成裂纹，不分析该热处理回火组织）．对比图３和图７发现，９５０℃为回火后的组织，为回火马氏体＋残余奥氏体＋少量的铁素体＋碳化物，回火组织中的碳化物颗粒较大，有的碳化物还成链状分布，这是由于淬火温度过低，碳化物熔解不充分，从而影响了回火时碳化物的弥撒析出，且在回火组织中还发现了少量的铁素体，这是由于奥氏体化不充分造成的．１０００℃淬火＋回火后的组织为回火马氏体＋残余奥氏体＋碳化物，此时析出的碳化物尺寸区别较大，不利于性能的均匀性．１０５０℃淬火＋回火后的组织为回火马氏体＋残余奥氏体＋碳化物，碳化物弥撒析出，尺寸差别小，且分布均匀，回火马氏体中还有少量的板条状马氏体，这些都有利于Ｈ１３钢综合性能的提高．图８为淬火＋回火后的硬度，随着淬火温度的提高硬度提高，造成这种现象的主要原因是，淬火温度提高，熔解在基体中的合金元素越多，淬硬性得到了提高．
１）在高温正火＋球化退火的预备热处理的基础上进行了淬火＋回火的最终热处理，随着淬火温度的提高，溶解的合金碳化物增多，未溶解的碳化物尺寸变小，当淬火温度为１１００℃，保温１．５ｈ，合金碳化物几乎全部溶解．２）淬火温度越高，溶解的合金碳化物越多，熔入基体的合金和碳提高了Ｈ１３钢淬硬性，淬火硬度随着淬火温度的提高而提高．对淬火组织进行了二次回火，回火后的硬度较淬火硬度低．随着淬火温度的提高，回火析出的碳化物更加细小均匀，回火组织以回火马氏体＋残余奥氏体＋碳化物为主，只有在９５０℃较低的淬火温度下出现少量的铁素体组织．３）通过对回火组织和硬度的分析，对Ｈ１３的淬火＋回火最终热处理工艺进行了优化，优化工艺方案为淬火温度１０５０℃，保温１．５ｈ，油淬，回火温度６００℃，保温１．５ｈ．
作者：叶喜葱 程俊 吴彬彬 鄢沥 吴海华 单位：三峡大学 机械与动力学院 武钢集团襄阳重型装备材料有限公司热处理工艺对钢微观组织的影响责任编辑：杨雪&&&&阅读：人次
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