SA106C毛管等温正火组织和力学性能分析

　　河北宏润重工股份有限公司(简称宏润重工)采用多次加热冲孔—拔伸的锻造工艺生产SA106C高温用无缝钢管，其锻造毛管一般都应进行正火处理，目的是为了细化晶粒，减轻成分偏析，消除组织残余应力等，从而提高材料的综合力学性能。但是，常规正火处理的冷却速度在实际生产中不能稳定控制，使得SA106C毛管的力学性能不能达到ASME SA 106/SA 106M—2010《高温用无缝碳钢公称管》标准要求。

　　在实际生产中，冲孔—拔伸过程中每次变形不均，金相组织不均匀，成分存在局部严重偏析，大块状铁素体和珠光体尺寸配合相差较大，且珠光体分布不均匀。研究[1-5]表明：采用等温正火处理工艺，可较大程度地提高珠光体析出量，且分布均匀，消除组织不均匀性，在一定程度上控制铁素体的析出速度，使得最终组织中铁素体和珠光体之间达到较佳的配合。

　　本文主要对SA106C毛管经常规正火和等温正火处理后的显微组织与力学性能进行分析，以期得到满足标准要求的产品。

　　1试验方法

　　1.1 试验材料及设备

　　试验材料采用宏润重工生产的锻造SA106C毛管，规格为Φ620mm×130mm，主要化学成分见表1。在锻造SA106C毛管尾部锯切弧长为300mm、厚度为30mm 的试样2个。

　　锻造SA106C毛管工艺流程：钢锭加热→压力冲孔→再加热→挤压拔伸→自然空冷。其中钢锭加热3次完成冲孔，冲孔坯再加热5次完成挤压拔伸得到锻造毛管。

　　试验设备：HLX-12D智能箱式电阻炉、AxioScope A1金相显微镜、WAW-300C微机控制电液伺服万能试验机、JB-300B冲击试验机、MetalLab 75/80直读式光谱仪。

　　1.2 试验工艺方案

　　(1) 常规正火处理：试验材料随炉快速加热至910～920℃后保温40min，然后出炉空冷。

　　(2) 等温正火处理：试验材料随炉快速加热至910～920℃后保温40min，然后出炉进行强风冷却，待等温冷却至600～630℃后保温60min，再出炉空冷。

　　热处理试验后依据常规正火和等温正火处理方式，将试样分为2组，分别制备横向金相试样和力学性能试样。

　　2试验结果与分析

　　2.1 显微组织

　　SA106C毛管经常规正火和等温正火处理后的金相组织如图1所示，其中(a)和(b)为常规正火处理的显微组织，晶粒度为6级;(c)和(d)为等温正火处理的显微组织，晶粒度为8级。

　　从图1可以看出，图1(a)的显微组织不均，晶粒大小不一，并且珠光体析出部分不均匀，连接成片，尺寸较大;而图1(c)的显微组织均匀，晶粒细化，珠光体分布均匀。珠光体晶粒的尺寸和分布取决于先共析铁素体晶粒。图1(b)中的奥氏体在自然空冷连续冷却过程中，先共析铁素体析出并逐渐长大，温度下降至珠光体形成温度时，先共析铁素体晶粒已经比较粗大，而珠光体则沿着铁素体的三角晶界处析出。图1(d)等温正火处理则避开由奥氏体到珠光体形成温度区间的缓冷阶段，直接快速冷却至珠光体形成温度进行珠光体转化，先共析铁素体在快速冷却过程中的晶粒长大阶段消失或很短，铁素体晶粒较细小。由此可见，经等温正火处理后，SA106C 毛管的组织显著细化，主要是因为先共析铁素体晶粒的细化。在强风高速冷却下先共析铁素体处于刚析出完成阶段，晶粒还没完全来得及长大，因此晶粒尺寸较小，细化效果显著;等温保温时，剩余的奥氏体转变为珠光体，渗碳体和铁素体沿着先共析铁素体晶界不断交替析出。因此，先共析铁素体晶粒细化析出决定最终材料显微组织。