回火温度对30Cr2Ni2Mo锻钢组织及性能的影响

　　核电机组轴瓦材料要求工件经锻造后调质处理，需满足高强度的标准要求，即力学性能要求屈服强度Re> 1050MPa，抗拉强度Rm>1250MPa，冲击吸收能量 KV2>45J。目前大量使用30Cr2Ni2Mo锻钢，但这种锻钢的工艺稳定性差，从而使力学性能往往达不到实际使用的要求。国内外研究30Cr2Ni2Mo锻钢的文献还未见报道，且研究CrNiMo系列锻钢的文献也不多。如印度理工学院的Kumar A N[1]等研究了调质处理后的 CrNiMo 钢，详细研究了钢中夹杂物在不同热处理状态下对力学性能的影响。日本大阪大学的Yoshiyuki Tomita[2]研究了钢中非金属夹杂物的形貌对强度的影响。美国普渡大学的Shawn A Cefalu[3]等研究了6种合金的金属间化合物的偏析问题，并建立了模型进行预测。日本富山大学的Shiozawa K[4]等研究了CrNiMo低合金钢的低周疲劳特性。国内洛阳船舶材料研究所[5]研究了14Ni3CrMoV锻钢的回火脆性，对晶界偏析的原因进行了解释。钢铁研究总院的史巨元教授[6]等研究了0Cr18Ni12Mo2Ti锻钢的低周疲劳、高周疲劳、热疲劳和动、静态断裂度，得到相应的化学冶金和物理冶金工艺。洛阳船舶重工集团公司第七二五研究所雷运涛研究了回火处理对14Ni3CrMoV锻钢组织和韧度的影响[7]，认为碳化物的析出及分布改变材料的冲击韧性。总之，目前报道的文献还未涉及30Cr2Ni2Mo锻钢的研究。

　　30Cr2Ni2Mo锻钢在使用过程中，往往出现力学性能不达标的情况。本文通过对比30Cr2Ni2Mo锻钢经锻造和调质处理后的力学性能，利用金相显微镜和扫描电镜(SEM)观察锻钢的显微组织、碳化物形貌及分布，以及断口形貌，寻找热处理工艺对30Cr2Ni2Mo锻钢强度、冲击吸收能量的影响，从而为该锻钢的使用提供参考。

　　1 试验材料及方法

　　试验所需原材料采用东方电机有限公司的30Cr2Ni2Mo锻钢，化学成分如表1所示。试验用锻钢化学成分与GB/T 17107—1997《锻件用结构钢牌号和力学性能》中30Cr2Ni2MoNi 钢相比较，化学元素的含量在国标要求范围之内。但此钢种仍存在较大的Ni含量，意味着在锻钢中多余的Ni会和Fe形成其它相，以此化学成分为基础的锻钢，其显微组织及最终的力学性能将受热处理及化学成分的影响。

　　试验锻钢先经850℃淬火后，再分别进行480、550和600℃共3个温度的回火处理，保温时间2h，采用SRJX-4-13型箱式电阻炉。用SHT4305型微机控制万能材料试验机和JB30A型冲击试验机测试材料的力学性能。用DX-2500型X射线衍射仪测试锻钢的物相。断口形貌及碳化物分析采用S-3400N型扫描电子显微镜。

　　2 试验结果及分析

　　2.1 组织分析

　　用X射线衍射方法测得的3种回火温度的物相如图1所示。可明显看出，在2θ约50°、75°和90°时，回火温度从480℃ 升高到600℃时，锻钢中Fe3Ni2相的衍射峰明显增强，说明随回火温度的升高，Fe3Ni2相增多。Cr的衍射峰与Fe的衍射峰非常接近，同时，在XRD图谱中还有很微弱的Cr0.03Fe0.97和Fe9.7Mo0.3等合金相的衍射峰出现。但由于Ni含量较大，形成的Fe3Ni2相较其它相多，因此在XRD图谱中可明显发现Fe3Ni2相。30Cr2Ni2Mo钢的化学成分清楚地说明此钢种为低合金钢。由于Cr、Ni 和Mo 元素添加后，改变了Fe合金相的生成，影响热处理过程中显微组织的形貌及分布，最终影响材料的力学性能。