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度、硬度和耐磨性，較高的高溫、低溫尺寸穩定性及抗回火穩定性。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、呈帶狀和網狀分布的共晶碳化物，熱處理時無法消除，嚴重降低了軸承鋼的塑韌性、耐蝕性和疲勞性能。隨著冶金技術水平的提升以及人們逐漸認識到氮在提升無錫不銹鋼的強度、硬度和耐蝕性方面的積極貢獻，氮合金化代替碳的研究和生產在美國、歐洲、印度和日本等國家迅速發展。
本次試驗鋼根據氮合金化原理設計的成分，采用加壓感應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度、硬度和韌性的影響。
試驗鋼為30Cr15MoVN，采用氮氣氛加壓感應爐進行熔煉。爐料選用工業純鐵、含氮鉻鐵、鉬鐵、鉻鐵、釩鐵和石墨。鋼在氮氣氛加壓感應爐中冶煉后澆注成Φ120mm的鑄錠，切割后經高溫鍛造成Φ70mm的棒材。按照國標在鍛材上截取軸向試樣進行分析和測試，化學成分分析結果如表1所示。
表1 試驗鋼的化學成分（質量分數，%）
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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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質量分數
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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，對試樣進行拉伸、沖擊實驗和硬度測試。結果表明：
（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，試驗鋼的強度逐漸提高；在550℃以上回火時，回火馬氏體分解導致強度逐漸下降、韌性上升。350℃回火時試驗鋼出現了明顯的二次硬化效應，在550℃以上高溫回火時鋼的硬度急劇降低，出現回火軟化現象。
（3）回火后試驗鋼中析出了大量細小的、具有良好形態和分布的碳化物，保證了試驗鋼的力學性能。