淬火温度对15Cr2Mo1钢组织和性能的影响

赵永生， 陈丽娟，陈广慧

1.浙江恒逸工程管理有限公司 浙江杭州 311200

2.沈阳鼓风机集团有限公司 辽宁沈阳 110869

1 序言

15Cr2Mo1钢属于低碳低合金珠光体型高强度耐热钢，具有良好的焊接性及综合力学性能[1]，常在制造压缩机、汽轮机、动力机械及石油化工等设备零件中选用此种材料，且零件的使用环境多为高温、高压环境，因此对其力学性能尤其是冲击性能要求较高。目前，国内关于此材料应用在离心压缩机方面的报道较少，因此研究不同亚温淬火温度对于15Cr2Mo1钢力学性能及显微组织的影响具有重要的实际意义[2]。

2 试验材料及方法

采用15Cr2Mo1锻造态合金钢作为试验研究对象，钢锭采用真空精炼加电渣重熔，经锻造比≥5锻造成形，通过能谱仪检测其化学成分，结果见表1。

表1 试验用15Cr2Mo1钢化学成分（质量分数） （%）

本试验拟对试验用钢进行正火、淬火、回火处理，通过调整淬火温度，对试验用钢在850～870℃进行亚温淬火处理，随后对试件进行回火处理，淬火采用高温箱式电阻加热炉，回火采用专用回火电阻炉，选取三个相同规格试验材料进行热处理。

3 试验结果与分析

3.1 淬火温度对15Cr2Mo1钢显微组织的影响

取三组试样进行相同的正火工艺+不同的淬火工艺+相同的回火工艺处理。第一组试样淬火、回火温度为850℃+620℃，显微组织如图1a、d所示；第二组试样淬火、回火温度为870℃+620℃，显微组织如图1b、e所示；第三组试样淬火、回火温度为970℃+620℃，显微组织如图1c、f所示。

从图1a、d可看出，试样经淬火、回火温度为850℃+620℃处理后，所得到的组织主要为回火索氏体、铁素体和残留奥氏体[3]；从图2b、e可以看出，试样经淬火、回火温度为870℃+620℃处理后，组织主要为回火索氏体、铁素体及部分残留奥氏体，但组织中未溶的铁素体含量逐渐减少；从图1c、f可以看出，试样经淬火、回火温度为970℃+620℃处理后，所得到的组织为回火索氏体、铁素体及残留奥氏体消失。

图1 试样正火调质后的显微组织

3.2 淬火温度对15Cr2Mo1钢力学性能的影响

三组试样经相同的正火工艺+不同的淬火工艺+相同的回火工艺处理后，试样的屈服强度、抗拉强度测试结果如图2所示，夏比V型缺口冲击吸收能量及硬度如图3所示。

图2 强度测试结果

图3 冲击性能和硬度检测结果

由图2、图3可看出，在经过相同的正火工艺+不同的淬火工艺+相同的回火工艺处理后，材料的强度和塑性受淬火温度的影响较大。随着淬火温度的升高，材料的屈服强度和抗拉强度及硬度值均呈现升高趋势。淬火温度由850℃升高到970℃时，材料的屈服强度由754MPa升高到885MPa，抗拉强度由859MPa升高到994MPa，硬度由257HBW升高到302HBW，材料的冲击吸收能量随淬火温度升高而降低，由206J降低到136J（其中冲击吸收能量取3个冲击试样的平均值）。淬火温度在850～870℃时，温度较低，属于亚温淬火，材料相变不完全，铁素体未全部溶于奥氏体，这部分未溶的铁素体可阻止晶粒长大，沿淬火前原粗大奥氏体晶界可形成极细的奥氏体晶粒，晶粒细化，晶界增多，故单位界面上有害杂质元素含量降低，有利于增加强韧性，降低缺口敏感性，故亚温淬火可提高材料的冲击性能[4]。

4 结束语

1）对15Cr2Mo1钢经相同的正火工艺+不同的淬火工艺+相同的回火工艺处理后，随着淬火温度的升高，材料的强度及硬度均呈上升的趋势，冲击性能随温度升高而降低。

2）亚温淬火+回火后得到的金相组织为回火索氏体及部分残留奥氏体，高温淬火+回火得到的组织为回火索氏体。亚温淬火后材料的冲击性能较高主要是因为亚温淬火晶粒长大的速率低于完全淬火，且未溶铁素体可抑制晶粒长大，细化晶粒，抑制应力集中，阻碍裂纹的萌生与扩展。