12Cr13鋼預熱處理工藝參數優化

王飛宇, 王全振, 杜 凱, 鄒 鵬

(沈陽鼓風機集團股份有限公司, 沈陽 110869)

12Cr13鋼預熱處理工藝參數優化

王飛宇, 王全振, 杜 凱, 鄒 鵬

(沈陽鼓風機集團股份有限公司, 沈陽 110869)

首先對12Cr13鋼鍛件進行了不同工藝的預熱處理，分析了預熱處理后材料的顯微組織及硬度;然后對預熱處理后的試樣進行了最終熱處理,并對12Cr13鋼的預熱處理工藝參數進行了優化。結果表明：經過790 ℃×2 h正火預熱處理后材料的硬度適合機加工，且最終熱處理后的力學性能符合設計要求;12Cr13鋼鍛件選取該預熱處理工藝用于生產，可以達到節約能源、提高生產效率的目的。

12Cr13鋼；預熱處理；工藝參數；力學性能；顯微組織

12Cr13鋼屬于馬氏體型不銹鋼，具有較高的淬透性[1]，經淬火、回火后具有較高的強度、韌性，良好的耐蝕性和機加工性能，一般用于制造要求強度、塑性及韌性配合較好的零部件[2]。某公司生產的該鋼主要用于制造壓縮機葉輪、轉子等零部件。

在生產過程中，鍛件進廠的12Cr13不銹鋼，其硬度高、組織不均勻，不利于機加工及后續熱處理，所以在實際生產過程中均會對鍛造狀態的毛坯料進行預熱處理。預熱處理的作用主要是降低材料硬度，均勻化鍛后組織，方便后續機械加工以及提高最終熱處理產品的合格率。為此，筆者對12Cr13鋼的預熱處理工藝參數進行了優化，以供生產實踐參考。

1 試樣制備與試驗方法

1.1 試樣制備

試驗材料為國內某鋼廠生產的12Cr13鋼鍛造毛坯，其化學成分見表1。

表1 12Cr13鋼鍛件化學成分(質量分數)Tab.2 Chemical compositions of 12Cr13 steel forging(mass fraction) %

將毛坯鍛件切成18個試樣，分成6組，每組3個試樣，進行不同工藝的預熱處理試驗，最終所得結果為每組3個試樣的平均值。預熱處理及最終熱處理工藝參數如表2所示。

表2 熱預處理及最終熱處理工藝參數Tab.2 The parameters of pre-heat treatment and final heat treatment

1.2 試驗方法

對預熱處理后的試樣進行金相檢驗及硬度試驗，金相檢驗在Axiovert 200 MAT型光學顯微鏡上進行；硬度試驗在THBC-3000DA型布氏硬度計上進行，試驗結果取3次測試的平均值，對硬度符合機加工要求的試樣繼續進行最終熱處理。對最終熱處理試樣進行金相檢驗、室溫拉伸試驗和沖擊試驗，室溫拉伸試驗依據GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》在RSA250拉伸試驗機上進行，試驗結果取3個試樣的平均值；采用夏比U形缺口標準試樣依據GB/T 229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》在JWB-300型沖擊試驗機上進行，試驗結果取3個試樣的平均值。

2 試驗結果與討論

2.1 預熱處理后的硬度

12Cr13鋼經過表2所示工藝預熱處理后,硬度試驗結果如表3所示。

表3 預熱處理后的硬度Tab.3 The hardness after pre-heat treatment

由表3可見：對比1號原始狀態試樣的硬度，6號試樣經過預熱處理后，硬度仍然過高，機加工硬度要求≤220 HB，因此不適宜機加工，所以1號和6號試樣不再進行最終熱處理；其余2～5號試樣的硬度符合機加工要求，所以繼續進行后續的最終熱處理試驗。

2.2 預熱處理后的顯微組織

圖1為12Cr13鋼原始鍛件狀態下的顯微組織形貌，可以看出顯微組織為粗大的針狀馬氏體以及少量鐵素體。圖2為6號試樣預熱處理后的顯微組織形貌，可見相較于1號試樣其顯微組織未發生明顯改變，但晶界處有黑色顆粒物析出，一般認為該顆粒物為碳化物[3]，因為晶界處有該種碳化物的析出，所以導致12Cr13鋼的硬度比較高，不適宜進行機械加工。圖3～6分別為2～5號試樣預熱處理后的顯微組織形貌，可見4號和5號試樣的組織最為粗大，為保留馬氏體位相的回火索氏體，而2號和3號試樣的顯微組織較為細密，為保留了原始鍛件狀態的針狀馬氏體。

圖1 1號試樣預熱處理后顯微組織形貌Fig.1 Microstructure morphology of No.1 sample after pre-heat treatment

圖2 6號試樣預熱處理后顯微組織形貌Fig.2 Microstructure morphology of No.6 sample after pre-heat treatment

圖3 2號試樣預熱處理后顯微組織形貌Fig.3 Microstructure morphology of No.2 sample after pre-heat treatment

圖4 3號試樣預熱處理后顯微組織形貌Fig.4 Microstructure morphology of No.3 sample after pre-heat treatment

圖5 4號試樣預熱處理后顯微組織形貌Fig.5 Microstructure morphology of No.4 sample after pre-heat treatment

圖6 5號試樣預熱處理后顯微組織形貌Fig.6 Microstructure morphology of No.5 sample after pre-heat treatment

2.3 最終熱處理后的力學性能

2～5號試樣經過最終熱處理后的力學性能如表4所示。

從表4可以看出：不同的預熱處理工藝對材料最終的沖擊吸收能量影響最為明顯，對其他力學性能指標的影響不明顯；最終熱處理所有試樣的力學均滿足公司技術要求，因此應從節能和提高效率方面考慮。

表4 2～5號試樣最終熱處理后的力學性能Tab.4 The mechanical properties of No.2-5 samples after final heat treatment

2.4 最終熱處理后的顯微組織

圖7為2～5號試樣經過最終熱處理后的顯微組織形貌。從表4的力學性能試驗結果可以看出，預熱處理工藝對12Cr13鋼最終熱處理后的力學性能影響不大，但不同試樣的顯微組織還是有很明顯的差別，雖然均為回火索氏體[4]，但是2號和3號試樣最終熱處理后的組織較為細密，這也是2號和3號試樣沖擊吸收能量較高的原因；而4號和5號試樣最終熱處理后的組織較為粗大，所以沖擊吸收能量較低。

圖7 2～5號試樣最終處理后的顯微組織形貌Fig.7 Microstructure morphology of No.2-5 samples after final heat treatment:a) No.2; b) No.3; c) No.4; d) No.5

3 結論

(1) 不同的預熱處理工藝對12Cr13鋼力學性能中沖擊吸收能量的影響最大，其中經過正火預熱處理的材料最終熱處理后的沖擊性能明顯高于退火預熱處理的，因此當零部件對沖擊性能要求較高時，建議采用正火工藝進行預熱處理。

(2) 經過不同預熱工藝處理的12Cr13鋼最終熱處理后的力學性能指標均可以達到設計要求，但從節能、提高效率等方面考慮，經過790 ℃×2 h正火預處理后的材料不僅能滿足力學性能要求，而且耗能最低、效率最高。

[1] 張文華.不銹鋼及其熱處理[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,2010.

[2] 肖紀美.不銹鋼的金屬學問題[M].北京:冶金工業出版社,2006.

[3] 郝憲朝,高明,張龍,等.退火態12Cr13不銹鋼顯微組織及其對沖擊韌性的影響[J].金屬學報,2011,47(7):912-916.

[4] 劉曉燕,張海存,何曉梅,等.回火溫度對2Cr13鋼疲勞強度的影響[J].理化檢驗-物理分冊,2007,43(9):446-448.

Optimization of Pre-heat Treatment Process Parameters of 12Cr13 Steel

WANG Feiyu, WANG Quanzhen, DU Kai, ZOU Peng

(Shenyang Blower Works Group, Shenyang 110869, China)

Firstly, the 12Cr13 steel forgings were pre-heated under different processes, and the microstructure and hardness after pre-heat treatment were analyzed. Then, the final heat treatment was carried out to the pre-heated samples, and the pre-heat treatment process parameters of the 12Cr13 steel were optimized. The results show that the hardness of the steel after 790 ℃×2 h normalization treatment was suitable for machining, and the mechanical properties of the steel after final heat treatment met the design requirements. Adopting this pre-heat treatment process to treat 12Cr13 steel forgings could save energy and increase production efficiency.

12Cr13 steel; per-heat treatment; process parameter; mechanical property; microstructure

10.11973/lhjy-wl201706011

2017-03-10

王飛宇(1978-)，男，工程師，碩士，主要從事材料熱處理工藝研究，lyya501@163.com

TG161; TG142.71

A

1001-4012(2017)06-0428-03