回火温度对30MnB钢回火组织及性能的影响

陈丹，殷延明，孙晓兵

山推工程机械股份有限公司 山东济宁 272073

1 序言

锰硼钢因具有良好的强度及综合性能而被广泛应用，常用的钢种有25MnB、30MnB、35MnB及40MnB等，30MnB钢由于具用良好的热处理工艺性，故现已应用于各类轴、轮圈等零部件。

本文通过研究30MnB钢淬火后经过不同温度回火工艺，得出不同回火温度对金相组织及力学性能的影响，为热处理回火工艺的制定及该材料的力学性能设计提供参考依据。

2 试验方案

试验采用150mm×100mm×50mm试块，试验方案：根据《热处理手册：工艺基础（第1卷）》[1]推荐的常用钢种淬火加热温度，并参考我公司内部类似钢种热处理工艺，选用箱式试验炉880℃加热，保温60min，清水淬火；并在0～500℃区间回火，保温2h，具体回火试验方案见表1。

表1 回火试验方案

经过淬火及不同温度的回火后，进行回火色观察，并进行硬度、金相组织、力学性能检测。其中，拉伸试验选择φ5mm的标准试样，冲击试样选用10mm×10mm×50mm的标准夏比U型缺口试样。

3 试验结果分析

3.1 回火色

对温度400℃以下试样回火色进行观察，如图1所示，淬火件至400℃回火颜色依次为：金属色-稻草色-棕色-紫色-蓝紫色-蓝灰色。

图1 不同回火温度试样颜色

3.2 回火温度对硬度的影响

对不同温度回火后的试块进行硬度检测，具体数据如图2所示。从图2可看出，随着回火温度升高，硬度不断降低，且在350℃以后下降显著。

图2 回火温度对硬度的影响

3.3 回火温度对金相组织的影响

图3所示为回火温度对金相组织的影响。从图3中可看出，组织由淬火板条马氏体逐渐向回火马氏体转变，且随着温度升高逐渐转变为回火托氏体，回火温度升高至450℃以上转变为回火索氏体。

图3 回火温度对金相组织的影响

回火组织转变过程：随着回火温度的升高，马氏体开始发生分解，过饱和的α固溶体中析出弥散的碳化物，金相组织由回火马氏体向回火索氏体转变。

3.4 回火温度对力学性能的影响

图4所示为回火温度对30MnB钢抗拉强度、屈服强度的影响。从图4可看出，抗拉强度、屈服强度随回火温度的升高而降低，特别是300℃后下降明显。

图4 回火温度对30MnB钢强度的影响

图5所示为回火温度对30MnB钢冲击韧度的影响。从图5可看出，在200～400℃时，冲击韧度呈下降趋势，在400℃后显著增加。由趋势可以看出，30MnB钢应避免在300～400℃回火，否则会出现冲击韧度急剧下降，并在400℃出现低温回火脆性的现象。低温回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，从而导致脆性断裂[1]。

图5 回火温度对30MnB钢冲击韧度的影响

奥氏体分解的相变总驱动力较大，以及由于马氏体条内析出渗碳体引起的收缩，促使条间残留奥氏体的分解，形成回火马氏体脆性[2]。对于硼钢的回火脆性，目前有着不同的研究结果[3]：有人认为硼可以降低回火脆性的敏感性，也有文献表明硼对回火脆性并无影响。本文研究表明，硼对回火脆性并无影响。回火工序往往是热处理的最后一道工序，因此应避免在此温度区间回火，若在高于此温度区间进行回火时，则应采取必要措施快速冷却。

4 结束语

通过对30MnB钢在不同回火温度的试验，可得出以下结论。

1）30MnB钢调质处理选用450℃回火时，具有良好的综合力学性能，且回火后应采用快速冷却的方式。

2）30MnB钢选用200℃回火时，具有高强度及高耐磨性能。