正火溫度對(duì)37Mn5鋼組織和性能的影響

劉敬平

摘 要：文章研究了不同正火溫度對(duì)37Mn5鋼的組織和性能的影響。結(jié)果表明，與正火前37Mn5鋼相比，經(jīng)760℃～880℃正火，材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率都得到了提高，沖擊韌性大幅度提升，這主要是由于正火處理使晶粒細(xì)化，條狀珠光體變成球狀珠光體的結(jié)果。37Mn5鋼最佳正火工藝為850℃60min的正火。

關(guān)鍵詞：正火處理；力學(xué)性能；顯微組織

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）26-0179-02

37Mn5鋼是油井套管和油管用管坯用鋼，主要用于生產(chǎn)K55級(jí)和J55級(jí)鋼管，在石油領(lǐng)域使用量很大。套管在實(shí)際使用過(guò)程中受到來(lái)自軸向、橫向、扭曲、內(nèi)壓、外壓、彎曲等各種形式的應(yīng)力作用，加速了管體失效，這就要求在實(shí)際生產(chǎn)中石油套管要有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性。本文主要研究正火工藝對(duì)37Mn5鋼組織和性能的影響，并找出其在不同溫度下正火處理的組織及性能的變化規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)中確定正火工藝參數(shù)提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用套管材料為37Mn5鋼，材料化學(xué)成分如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

正火試樣分三組，分別用于觀察金相組織，拉伸試驗(yàn)，和沖擊試驗(yàn)。將試樣分別進(jìn)行760℃、790℃、820℃、850℃和880℃下保溫時(shí)間為60min的正火處理。在CMT5105微機(jī)控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)得試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率。通過(guò)擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的沖擊韌性。金相試樣進(jìn)行研磨、拋光、腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

將不同溫度正火的試樣進(jìn)行室溫縱向拉伸和縱向沖擊試驗(yàn)，力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)分析可知，與正火前37Mn5鋼相比，經(jīng)正火后，材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率都有提高，沖擊韌性大幅提高。正火溫度從760℃升高到850，材料的屈服強(qiáng)度逐漸升高，在850℃，達(dá)到最大值434MPa，正火溫度升高到880℃，材料的屈服強(qiáng)度有所降低。正火溫度由750度升至840度時(shí)，材料的抗拉強(qiáng)度先降低后升高，在850℃達(dá)到最大值718MPa，大于正火前材料的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)溫度升高到880℃時(shí)，材料抗拉強(qiáng)度有所下降。經(jīng)正火的材料的沖擊功值均達(dá)到了50J以上，沖擊功在810℃正火溫度時(shí)最大，材料的綜合力學(xué)性能好。

圖1是正火溫度為760℃、790℃、820℃、850℃和880℃，保溫時(shí)間為60min的37Mn5鋼試樣金相組織，由鐵素體和珠光體組成，白色成網(wǎng)狀的組織是鐵素體，黑色組織是珠光體。圖1（a）顯微組織中鐵素體和珠光體分布基本均勻，其組織中的珠光體呈現(xiàn)條狀，圖1（b）（c）顯微組織中一少部分珠光體開(kāi)始長(zhǎng)大由條狀變?yōu)閳F(tuán)狀，圖1（d）顯微組織中鐵素體和珠光體大小接近，分布均勻。從圖1（a）～（d）可以看出，正火溫度從760℃增加到850℃，材料組織分布均勻，晶粒細(xì)化，晶粒度達(dá)到了9.5級(jí)，達(dá)到超細(xì)晶粒，在拉伸時(shí)可承受的拉伸載荷很大，抗拉強(qiáng)度大，對(duì)材料的力學(xué)性能有良好的影響。從圖1（e）可以看出，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到870℃時(shí)，顯微組織中鐵素體和珠光體晶粒明顯變大，導(dǎo)致材料抗拉強(qiáng)度下降，材料的力學(xué)性能下降。可見(jiàn)，37Mn5鋼最佳正火溫度為850℃，在此溫度能夠獲得較好的力學(xué)性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

在760℃～850℃正火，37Mn5鋼均由珠光體和鐵素體構(gòu)成，珠光體組織顯著的由條狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)塊狀，材料的晶粒細(xì)小，材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊功增加，保持較高的沖擊韌性水平；在880℃正火，37Mn5鋼的晶粒長(zhǎng)大，材料的晶粒長(zhǎng)大，材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性有所下降。

37Mn5鋼石油套管在生產(chǎn)后，經(jīng)溫度為850℃正火，保溫時(shí)間為60min處理，可以獲得良好的組織和性能。

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