回火工艺对含铬无缝钢管性能影响研究

莫茜

摘要：为了解回火工艺对含铬无缝钢管性能影响情况。通过研究含铬无缝钢管性能与回火温度和回火时间的关系，为确保研究结果的可信度，设置对比实验，分别对不含铬无缝钢管性能与回火温度和回火时间的关系、含铬无缝钢管性能与回火温度和回火时间的关系进行分析。研究发现，含铬无缝钢管力学性能受热处理影响较大，不含铬无缝钢管力学性能受热处理影响低，经热处理后，含铬无缝钢管的力学性能明显比不含铬无缝钢管的力学性能低。从而得到就含铬无缝钢管而言，其在加工过程中须使用合适的调质工艺，在热处理时，最大限度的缩短回火保温时间，保证钢的力学性能。

关键词：回火;含铬无缝钢管性能;硬度

钢管广泛用于工程机械的液压缸体、火炮的驻退器、复进机、枪械的枪管、三脚架脚管等。目前这些机构的主体常用的钢管多为含铬无缝钢管，铬元素加入，使钢管淬透性更好、耐磨性增强、抗腐蚀抗氧化能力提升等，但在使用过程中同样会出现强度和伸长率弱化的韧性下降現象。因此，为查明该类钢管出现该现象的原因，保证含铬无缝钢管力学性能，本文对含铬无缝钢管与不含铬无缝钢管进行了回火工艺对比实验，具体如下。

1 试验材料

含铬无缝钢管（S1）、不含铬无缝钢管S2、显微镜

2 试验方法

将S1、S2分别进行热处理，具体工艺参数：淬火温度950℃、保温3min进行水淬，分别取回火温度为500℃、550℃、570℃、600℃进行实验，回火保温时间按照1.0、1.5、2.0、3.0min/mm记。并做相关观察记录，观察S1、S2在不同回火温度下的显微组织，最后做出相应的力学判断。

3 实验结果

3.1 尺寸变化

回火工艺中最为主要的参数为加热温度，根据S1在不同回火温度下的尺寸变化，可以看出，回火温度的高低与保温时间的长短对含铬无缝钢管的尺寸产生一定程度的影响，具体如下所示。

不同温度下S1尺寸变化淬火温度500℃，S1尺寸8.6μm;550℃ 11.7μm;570℃ 12.4μm;600℃ 14.5μm。

从上可以看出，不同回火温度下，S1也就是含铬无缝钢管的尺寸发生了一系列变化，随着回火温度的不断升高，钢种存在的未溶解的碳粒子等逐渐溶解，粒子对钢种原始奥氏体的钉扎作用不断减小，因此奥氏体中晶粒逐渐长大，使得钢的尺寸变长。

3.2 淬火硬度

经过实验后发现S1中有明显析出的铁素体，而贝氏体的含量微乎其微。由此说明，含铬无缝钢管淬透性明显高于不含铬无缝钢管，说明铬元素的加入明显提高了无缝钢管的淬透性。

另外，本次实验分别选取了不同的回火温度，分析了不同回火温度下含铬无缝钢管的淬火硬度，得出含铬无缝钢管淬火硬度随着回火温度的升高而下降，具体情况如下所示。

不同回火温度下S1淬火硬度变化淬火温度500℃，硬度43.4HRC;550℃ 41.6HRC;570℃ 41.1HRC;600℃ 40.6HRC。S1在淬火过程中，随着回火温度的升高，硬度逐渐降低，主要原因是，回火温度升高，贝氏体逐渐分解，铁素体中的合金元素固溶度降低，并且其机体逐渐变化，从而导致硬度降低。

3.3 回火保温时间与析出相的关系

对不同回火保温时间S1的二次粒子析出进行了相关研究，分别对四次保温时间的析出相进行详细记录，按照1.00min/mm计算的S1的二次粒子析出相多数呈圆形，其他形状较少，且析出物的尺寸较小，析出元素的粒子主要为碳氮化合物，并没有析出铬元素;当回火保温时间按照1.5min/mm进行计算时，此时析出相不再以圆形为主，析出相形状各异，尺寸也不再像保温时间1.0min/mm时那么小，而开始变大，尺寸大概在45nm;当回火保温时间为3.0min/mm时，此时析出相形状又开始趋于一致，多以椭球型为主，析出相尺寸也变得更大，达290nm以上，并且这时析出相多以分散式状态呈现。

前文所述，S1为含铬无缝钢管，该钢管因铬元素的作用，淬透性较强，在相同的冷却速度下可以得到全贝氏体组织，但在回火后，尤其是在回火保温状态下，随着回火保温时间的加长，会析出较多的含铬化合物，这些化合物在形状不规则，多以链状聚集状态析出，在一定程度上阻断了集体组织的连续性，进而导致强度降低、伸长长度变短。

通过该结果了解到，若要提高含铬无缝钢管韧性，应适当调整回火保温时间，抑制含铬化合物的大量析出和长大，保持钢管基体组织的连续性，一定程度上保证含铬无缝钢管的韧性，使之保持硬度最大化。

3.4 力学性能

取回火温度600℃下，保温时间2.0min/mm条件下的二者力学性能信息，如表1所示。经统计对比可以看出，两种无缝钢管虽只有一处不同，但在热处理后的性能对比上会有明显变化，含铬无缝钢管（S1）的力学性能明显弱于不含铬无缝钢管（S2），但其在-25℃下的冲击功都在200J以上，具有良好的抗冲击性，说明在低温条件下，S1与S2的力学性能并无太大差别，均有良好的抗冲击性。

S1、S2性能对比：

S1 抗拉强度/ 650MPa;伸长率/ 25%;屈服强度/560MPa;-25摄氏度冲击功/>200J。

S2 抗拉强度/ 600MPa;伸长率/ 21%;屈服强度/505MPa;-25摄氏度冲击功/>200J。

4 结论

含铬无缝钢管尺寸随着回火温度的升高而增长，韧性随着回火保温时间的增长而降低，因此，为保障含铬无缝钢管的韧性，控制钢管尺寸，应根据含铬钢管的具体化学成分合理控制回火温度与回火保温时间，选择钢管到最佳尺寸的回火温度，选择不影响钢管韧性的最佳回火保温时间，以此保证含铬无缝钢管的质量，使其在应用过程中将其功能发挥到最佳程度。

参考文献：

[1]石高锋. 热处理工艺对30Cr3SiNiMoVA无缝钢管组织及冷加工性能的影响[C]. 中国金属学会、中国金属学会特殊钢分会.2017年全国高品质特殊钢生产技术研讨会论文摘要.中国金属学会、中国金属学会特殊钢分会：中国金属学会，2017：27-28.