30CrMo鋼熱處理后性能影響因素分析

1、30CrMo 鋼熱處理后性能影響因素分析摘 要 30CrMo 鋼是一種合金結(jié)構(gòu)鋼，因其具有較高的靜力強度、疲勞極限和沖擊韌性，所以被廣泛應(yīng)用于抽油桿的制造中。本文基于對抽油桿材料30CrMo 鋼的化學(xué)組成成分分析的基礎(chǔ)上，分析熱處理后30CrMo 鋼的性能以及其性能與各影響因素之間的關(guān)系，為 30CrMo 鋼的熱處理工藝提供一個新的思路，以此來提高抽油桿的使用性能。關(guān)鍵詞30CrMo ；熱處理；性能；影響因素中圖分類號： TG142 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：1671-7597（ 2015） 04-0265-02抽油桿作為一種承受疲勞載荷的工程構(gòu)件，在加工制造和使用過程中，往往會出現(xiàn)各種不同

2、類型的裂紋和缺陷。為了盡可能地減少這些缺陷，延長抽油桿的使用壽命，需要對制造抽油桿的材料進(jìn)行認(rèn)真選擇，因為材料的機械性能和韌性決定了抽油桿的強度大小。在眾多的鋼材種類中，CrMo鋼具有很高的強度、韌性和塑性， 是一種比較常見的結(jié)構(gòu)鋼，由于其性能良好，CrMo 鋼系列在各種壓力鍛件、吊桿和緊固件制造中得到了廣泛的運用。30CrMo 鋼屬于 CrMo 鋼系列，是一種中碳中合金結(jié)構(gòu)鋼，具有很好的工藝性能和力學(xué)性能，在價格方面也很占優(yōu)勢，目前在油田抽油桿制造領(lǐng)域得到了充分的運用。然而，30CrMo 鋼在熱處理后存在性能不穩(wěn)定、力學(xué)性能也無法滿足加工要求的問題，通過金相組織結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)30CrMo 熱

3、處理后存在反常組織。為了提高 30CrMo 鋼熱處理后的性能，提高抽油桿的安全性，需要對其反常組織的影響因素進(jìn)行分析，從而采取有效措施加以解決。1 30CrMo 鋼的熱處理1.1 成分的量對性能的影響鋼的組織結(jié)構(gòu)決定了它的性能。30CrMo 鋼是中合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，其中Cr 的含量有 0.8%-1.1% ， Mo 占有0.15%-0.25% ，所以具有很高的淬透性和韌性。對 30CrMo 進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，利用油淬后再高溫回火，淬火溫度為 860-900 ，上下可允許波動 20，淬火后可以采用水冷或者油冷；回火溫度為 490-590 ，上下可以波動50。根據(jù)某廠30CrMo 鋼原材料的性能測試資料，

4、可以得到，在熱處理方式相同的情況下，30CrMo 鋼的性能還是有很大的波動，抗拉強度和屈服強度的變化波動較大，最大值和最小值之間都相差300 左右。這些變化主要是由于30CrMo鋼的成分波動所造成的，所以30CrMo 鋼的成分的量對熱處理后的鋼的性能有很大的影響。1.2 微量元素對性能的影響合金元素的加入，對鋼的性能有很大的影響。合金元素對淬火、回火狀態(tài)下的鋼的強化作用效果顯著。W 、Mo 、V對提高鋼的熱硬性效果顯著，既可以提高鋼在高溫下保持高硬度的能力，也可以提高鋼的耐磨性；Cr、 W、 Mo 、AL、Si可以提高鋼的耐熱性，其中Cr可以提高鋼的耐蝕性。30CrMo 鋼是調(diào)質(zhì)鋼，合金元素主

5、要是對鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性有影響。合金元素的加入可以提高30CrMo 鋼的淬透性，保證在淬火時容易獲得馬氏體。但合金元素對提高馬氏體硬度的作用很有限，在完全獲得馬氏體的條件下，碳含量相同時合金鋼和碳鋼的硬度基本上一樣。另一方面，合金元素也能提高 30CrMo 鋼的回火穩(wěn)定性，使淬火鋼在回火時析出的碳化物更細(xì)小、均勻和穩(wěn)定，并使馬氏體的細(xì)微晶粒及高密度位錯保持到較高的溫度。在相同的條件下，合金鋼比碳鋼具有更高的強度，此外，有些合金元素還可以使鋼產(chǎn)生二次硬化， 得到很好的高溫性能。 在淬火形成馬氏體時，馬氏體中的位錯密度增大，而屈服強度隨位錯密度增大而提高。馬氏體形成時，奧氏體被分割成許多較小的

6、、取向不同的區(qū)域，產(chǎn)生相當(dāng)于晶體細(xì)化的作用。馬氏體中的合金元素也有固溶強化的作用。馬氏體是過飽和固溶液，回火時析出碳化物，使得韌性大大得到提高，析出的碳化物粒子能造成強烈的第二相強化。2 熱處理對性能的影響2.1 30CrMo 鋼金相顯微結(jié)構(gòu)為了清楚地了解到熱處理工藝方式的不同對30CrMo 鋼結(jié)構(gòu)的影響，對30CrMo 鋼采用不同的熱處理工藝，然后對比 30CrMo 的洛氏硬度；再利用顯微鏡觀察 30CrMo 鋼的組織結(jié)構(gòu)。 在實驗中， 30CrMo 鋼采用 850淬火工藝后， 鋼結(jié)構(gòu)組織的洛氏硬度最大，隨著回火溫度的逐漸降低，洛氏硬度反而逐漸在增加；而采用淬火 +840正火處理后，洛氏硬度

7、最低。為了能更加直觀地表現(xiàn) 30CrMo 鋼不同熱處理后的組織結(jié)構(gòu)，通過金相分析，得到如下所示的圖。圖 1 30CrMo 鋼不同工藝熱處理后的顯微組織圖從圖 1 可以看出， 30CrMo 鋼采用 850的溫度淬火后，得到淬火馬氏體，其組成結(jié)構(gòu)是條狀型的馬氏體和少量的殘余奧氏體，即金相組織為 a 所示。因為形態(tài)結(jié)構(gòu)呈條狀的馬氏體，在結(jié)構(gòu)上是位錯的，所以它的硬度很大。經(jīng)過正火處理后，晶粒變大， 即圖 b 所示，結(jié)構(gòu)為鐵素體和珠光體組成。在這段保溫時間內(nèi)，過冷奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。貝氏體是鐵碳化合物分布在碳過飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。由于轉(zhuǎn)變溫度的不同，貝氏體的形態(tài)也不相同，對 30CrMo

8、鋼的性能也有很大的影響。上貝氏體在溫度較高時形成，其鐵素體葉片較大，塑性變形抗性較低；同時，滲碳體分布在鐵素體葉片之間， 容易引起脆斷， 因此，強度和韌性都較差。下貝氏體形成的溫度較低， 其鐵素體的葉片較小， 無方向性，碳的過飽和度較大，位錯密度高，且碳化物分布均勻，彌散度大，所以硬度高，韌性好，具有較好的綜合力學(xué)性能。因此，控制好溫度，減少上貝氏體的形成，對30CrMo 鋼的力學(xué)性能改善有很大的幫助作用。2.2 回火溫度的影響30CrMo 鋼的性能會根據(jù)回火溫度的不同而發(fā)生改變，當(dāng)回火溫度增加時，鋼的韌性和塑性提高，而強度和硬度會降低。下面通過采用不同的回火溫度，對30CrMo 鋼試樣的硬度進(jìn)行分析，如下圖所示。圖 2 不同回火溫度下 30CrMo 鋼硬度對比圖從上圖可以看出， 30CrMo 鋼在低溫回火時，硬度基本沒有什么變化；中溫回火時，硬度顯著下降，但是在500時，出現(xiàn)一個直線段，這是由于二次硬化造成的；高溫回火階段， 30CrMo 的硬度持續(xù)下降。這是因為在高溫時晶粒長大和溶質(zhì)溶解，這樣會造成固溶強化和細(xì)晶強化等強化機制的減弱，進(jìn)而使得30CrMo 的強度下降而塑性升高。3 總結(jié)本文通過對30CrMo 鋼熱處理后的性能進(jìn)行分析，明確了熱處理后影響30CrMo 鋼性能的因素， 這更有助于30CrMo鋼在抽油桿制造方面的應(yīng)用和鋼材熱處理方式的選擇，保證了抽油桿能承受高