回火工藝對含氮無錫不銹鋼30Cr15MoVN組織和性能的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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我國常用的無錫不銹鋼軸承鋼為9Cr18及少量的9Cr18Mo（440C）高碳鉻馬氏體不銹軸承鋼，淬火后通過析出的碳化物來保證較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，較高的高溫、低溫尺寸穩(wěn)定性及抗回火穩(wěn)定性。由于合金中含碳量在0.9%～1.0%，在凝固過程中會形成大量的、呈帶狀和網(wǎng)狀分布的共晶碳化物，熱處理時無法消除，嚴(yán)重降低了軸承鋼的塑韌性、耐蝕性和疲勞性能。隨著冶金技術(shù)水平的提升以及人們逐漸認(rèn)識到氮在提升無錫不銹鋼的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性方面的積極貢獻(xiàn)，氮合金化代替碳的研究和生產(chǎn)在美國、歐洲、印度和日本等國家迅速發(fā)展。
本次試驗鋼根據(jù)氮合金化原理設(shè)計的成分，采用加壓感應(yīng)爐熔煉出氮含量較高的無錫不銹鋼，并研究了回火溫度對試驗鋼抗拉強(qiáng)度、硬度和韌性的影響。
試驗鋼為30Cr15MoVN，采用氮氣氛加壓感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉。爐料選用工業(yè)純鐵、含氮鉻鐵、鉬鐵、鉻鐵、釩鐵和石墨。鋼在氮氣氛加壓感應(yīng)爐中冶煉后澆注成Φ120mm的鑄錠，切割后經(jīng)高溫鍛造成Φ70mm的棒材。按照國標(biāo)在鍛材上截取軸向試樣進(jìn)行分析和測試，化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。
表1 試驗鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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元素
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C
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Cr
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Mn
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S
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Mo
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V
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N
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質(zhì)量分?jǐn)?shù)
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0.32
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15.50
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0.51
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0.006
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1.21
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1.05
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0.13
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試驗鋼的熱處理在馬弗爐中進(jìn)行，熱處理試樣從Φ70mm的棒材上切取，尺寸為12mm×12mm×75mm。熱處理工藝為：在1050℃保溫30min后，油淬，然后將試樣分別在不同溫度下回火2h后空冷，回火溫度分別為150、250、350、450、550℃和650℃。通過光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡研究回火后無錫不銹鋼的組織變化，對試樣進(jìn)行拉伸、沖擊實驗和硬度測試。結(jié)果表明：
（1）30Cr15MoVN最佳熱處理工藝為1050℃油冷淬火+350℃×2h回火，Rm≥1500MPa，HRC≥57，V型缺口沖擊功大于5J，具有良好的綜合力學(xué)性能，能夠滿足軸承鋼的服役性能要求。
（2）低于350℃回火時，由于鋼中析出了較多的碳化物，試驗鋼的強(qiáng)度逐漸提高；在550℃以上回火時，回火馬氏體分解導(dǎo)致強(qiáng)度逐漸下降、韌性上升。350℃回火時試驗鋼出現(xiàn)了明顯的二次硬化效應(yīng)，在550℃以上高溫回火時鋼的硬度急劇降低，出現(xiàn)回火軟化現(xiàn)象。
（3）回火后試驗鋼中析出了大量細(xì)小的、具有良好形態(tài)和分布的碳化物，保證了試驗鋼的力學(xué)性能。