回火工藝對含鉻無縫鋼管性能影響研究

莫茜

摘要：為了解回火工藝對含鉻無縫鋼管性能影響情況。通過研究含鉻無縫鋼管性能與回火溫度和回火時間的關系，為確保研究結果的可信度，設置對比實驗，分別對不含鉻無縫鋼管性能與回火溫度和回火時間的關系、含鉻無縫鋼管性能與回火溫度和回火時間的關系進行分析。研究發現，含鉻無縫鋼管力學性能受熱處理影響較大，不含鉻無縫鋼管力學性能受熱處理影響低，經熱處理后，含鉻無縫鋼管的力學性能明顯比不含鉻無縫鋼管的力學性能低。從而得到就含鉻無縫鋼管而言，其在加工過程中須使用合適的調質工藝，在熱處理時，最大限度的縮短回火保溫時間，保證鋼的力學性能。

關鍵詞：回火;含鉻無縫鋼管性能;硬度

鋼管廣泛用于工程機械的液壓缸體、火炮的駐退器、復進機、槍械的槍管、三腳架腳管等。目前這些機構的主體常用的鋼管多為含鉻無縫鋼管，鉻元素加入，使鋼管淬透性更好、耐磨性增強、抗腐蝕抗氧化能力提升等，但在使用過程中同樣會出現強度和伸長率弱化的韌性下降現象。因此，為查明該類鋼管出現該現象的原因，保證含鉻無縫鋼管力學性能，本文對含鉻無縫鋼管與不含鉻無縫鋼管進行了回火工藝對比實驗，具體如下。

1 試驗材料

含鉻無縫鋼管（S1）、不含鉻無縫鋼管S2、顯微鏡

2 試驗方法

將S1、S2分別進行熱處理，具體工藝參數：淬火溫度950℃、保溫3min進行水淬，分別取回火溫度為500℃、550℃、570℃、600℃進行實驗，回火保溫時間按照1.0、1.5、2.0、3.0min/mm記。并做相關觀察記錄，觀察S1、S2在不同回火溫度下的顯微組織，最后做出相應的力學判斷。

3 實驗結果

3.1 尺寸變化

回火工藝中最為主要的參數為加熱溫度，根據S1在不同回火溫度下的尺寸變化，可以看出，回火溫度的高低與保溫時間的長短對含鉻無縫鋼管的尺寸產生一定程度的影響，具體如下所示。

不同溫度下S1尺寸變化淬火溫度500℃，S1尺寸8.6μm;550℃ 11.7μm;570℃ 12.4μm;600℃ 14.5μm。

從上可以看出，不同回火溫度下，S1也就是含鉻無縫鋼管的尺寸發生了一系列變化，隨著回火溫度的不斷升高，鋼種存在的未溶解的碳粒子等逐漸溶解，粒子對鋼種原始奧氏體的釘扎作用不斷減小，因此奧氏體中晶粒逐漸長大，使得鋼的尺寸變長。

3.2 淬火硬度

經過實驗后發現S1中有明顯析出的鐵素體，而貝氏體的含量微乎其微。由此說明，含鉻無縫鋼管淬透性明顯高于不含鉻無縫鋼管，說明鉻元素的加入明顯提高了無縫鋼管的淬透性。

另外，本次實驗分別選取了不同的回火溫度，分析了不同回火溫度下含鉻無縫鋼管的淬火硬度，得出含鉻無縫鋼管淬火硬度隨著回火溫度的升高而下降，具體情況如下所示。

不同回火溫度下S1淬火硬度變化淬火溫度500℃，硬度43.4HRC;550℃ 41.6HRC;570℃ 41.1HRC;600℃ 40.6HRC。S1在淬火過程中，隨著回火溫度的升高，硬度逐漸降低，主要原因是，回火溫度升高，貝氏體逐漸分解，鐵素體中的合金元素固溶度降低，并且其機體逐漸變化，從而導致硬度降低。

3.3 回火保溫時間與析出相的關系

對不同回火保溫時間S1的二次粒子析出進行了相關研究，分別對四次保溫時間的析出相進行詳細記錄，按照1.00min/mm計算的S1的二次粒子析出相多數呈圓形，其他形狀較少，且析出物的尺寸較小，析出元素的粒子主要為碳氮化合物，并沒有析出鉻元素;當回火保溫時間按照1.5min/mm進行計算時，此時析出相不再以圓形為主，析出相形狀各異，尺寸也不再像保溫時間1.0min/mm時那么小，而開始變大，尺寸大概在45nm;當回火保溫時間為3.0min/mm時，此時析出相形狀又開始趨于一致，多以橢球型為主，析出相尺寸也變得更大，達290nm以上，并且這時析出相多以分散式狀態呈現。

前文所述，S1為含鉻無縫鋼管，該鋼管因鉻元素的作用，淬透性較強，在相同的冷卻速度下可以得到全貝氏體組織，但在回火后，尤其是在回火保溫狀態下，隨著回火保溫時間的加長，會析出較多的含鉻化合物，這些化合物在形狀不規則，多以鏈狀聚集狀態析出，在一定程度上阻斷了集體組織的連續性，進而導致強度降低、伸長長度變短。

通過該結果了解到，若要提高含鉻無縫鋼管韌性，應適當調整回火保溫時間，抑制含鉻化合物的大量析出和長大，保持鋼管基體組織的連續性，一定程度上保證含鉻無縫鋼管的韌性，使之保持硬度最大化。

3.4 力學性能

取回火溫度600℃下，保溫時間2.0min/mm條件下的二者力學性能信息，如表1所示。經統計對比可以看出，兩種無縫鋼管雖只有一處不同，但在熱處理后的性能對比上會有明顯變化，含鉻無縫鋼管（S1）的力學性能明顯弱于不含鉻無縫鋼管（S2），但其在-25℃下的沖擊功都在200J以上，具有良好的抗沖擊性，說明在低溫條件下，S1與S2的力學性能并無太大差別，均有良好的抗沖擊性。

S1、S2性能對比：

S1 抗拉強度/ 650MPa;伸長率/ 25%;屈服強度/560MPa;-25攝氏度沖擊功/>200J。

S2 抗拉強度/ 600MPa;伸長率/ 21%;屈服強度/505MPa;-25攝氏度沖擊功/>200J。

4 結論

含鉻無縫鋼管尺寸隨著回火溫度的升高而增長，韌性隨著回火保溫時間的增長而降低，因此，為保障含鉻無縫鋼管的韌性，控制鋼管尺寸，應根據含鉻鋼管的具體化學成分合理控制回火溫度與回火保溫時間，選擇鋼管到最佳尺寸的回火溫度，選擇不影響鋼管韌性的最佳回火保溫時間，以此保證含鉻無縫鋼管的質量，使其在應用過程中將其功能發揮到最佳程度。

參考文獻：

[1]石高鋒. 熱處理工藝對30Cr3SiNiMoVA無縫鋼管組織及冷加工性能的影響[C]. 中國金屬學會、中國金屬學會特殊鋼分會.2017年全國高品質特殊鋼生產技術研討會論文摘要.中國金屬學會、中國金屬學會特殊鋼分會：中國金屬學會，2017：27-28.