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25cr2moV 钢锅炉螺栓紧固件的热处理工艺 常铁军1， 尹树桐1， 姜树立1， 刘瑞杰2 （1. 哈尔滨工程大学 机电学院， 哈尔滨150001； 2. 哈尔滨锅炉厂， 哈尔滨150040） 摘要 针对锅炉制造业中使用的 25Cr2MOV 钢螺检紧固件在生产中因强度和硬度不合格而影响产品质量问题， 探讨了淬火温度 和回火温度对 25Cr2MOV 钢力学性能的影响， 并借助于 SEM、 TEM 和 OM 对不同淬火和回火后钢的组织进行了分析。结果表 明， 采用 960C X 30min 油冷 660C X 6h 空冷的热处理工艺， 不仅钢的力学性能达到标准， 而且产品质量也令人满意。 关键词 25Cr2MOV 钢； 螺栓紧固件； 力学性能； 显微组织 中图分类号 TG142.73； TG162.79文献标识码 A文章编号 0254-6051 （2002） 08-0046-04 Heat Treatment Process of Boiler Bolt Fastener of 25cr2moV Steel CHANG Tie- un1， YIN Shu-tOng1， JIANG Shu-Ii1， LIU Rui- ie2 （1. MechanicaI and EIectricaI Institute， Harbin Engineerin University， Harbin HeiIOng iang 150001， China； 2.Harbin BOiIer FactOry， Harbin HeiIOng iang 150040， China） Abstract In Order tO sOIve the guaIitative prObIems On 25Cr2MOV steeI bOIt fasteners appIied in bOiIers manufac- turing caused by strength and hardness， we carried Out a research On the effect Of guenching and tempering tem- peratures On the mechanicaI prOperty Of bOIt fasteners and the micrOstructure Of the fasteners guenched and tem- pered were anaIyzed by SEM， TEM and OM. The resuIts shOwed nOt OnIy the mechanicaI prOperty reach the stan- dard， but aIsO a satisfactOry prOduct guaIity was Obtained as the steeI heated at 960C fOr 30min then OiI cOOIed and heated at 660C fOr 6h then air cOOIed. Key words 25Cr2MOV steeI； bOIts fastener； mechanicaI prOperty； micrOstructure 作者简介 常铁军 （1949） ， 男， 山东牟平人， 副教授， 硕士， 主要研究 方向为金属材料及性能。联系电话 0451-2519524 收稿日期 2001-12-05 25Cr2MOV 钢是一种中碳铬钼钒耐热钢， 用于锅炉制造 业中在 510C温度下工作的螺栓材料， 该钢具有较好的室温 综合力学性能， 并且有良好的高温性能和抗松弛性。哈尔滨 锅炉厂采用 930C油淬 670C回火 1.5h 的热处理工艺处理 25Cr2MOV 钢锅炉紧固螺栓， 并根据有关标准 ［1］制定厂标 3084015 见表 1 所示。哈尔滨锅炉厂按此标准对 1981 年 1 月 1989 年 8 月间生产的尺寸为24 75mm 的 103 件 25Cr2MOV 钢螺栓紧固件的力学性能进行了检验， 统计结果 表明 （见表 2） ， s不合格率为 24.2，b不合格率为 10.6， 而硬度不合格率达 35.5和 45.2。可见， 如何控制力学性 能指标 s、b与 HB 的匹配， 是提高产品合格率的关键问题， 而解决问题的根源就是优选出最佳的热处理工艺。 1试验方案及试验方法 1.1试验方案 试验首先对 900C、 930C、 960C、 990C、 1020C5 个温度 淬火、 在同一工艺下回火 （670C X 6h， 空冷） 试样的组织和力 学性能进行分析， 在此基础上分析 s、b与 HB 的匹配情况， 进一步确定淬火温度和回火温度， 通过组织和力学性能分析， 找到最佳力学性能和硬度相匹配的热处理工艺。 1.2试验方法 试验采用 H15 箱式电阻炉， 静拉伸试样按 GB6397 表 1 25cr2moV 钢螺栓的力学性能 （3084015 标准） Table 1The test standard of mechanical properties of 25cr2moV steel bolts “s/ Mpa“b/ Mpa5（）（） K/ JHB 735833155059 262 285 表 2 25cr2moV 钢螺栓力学性能 Table 2The mechanical properlies of 25cr2moV steel bolts 规格 / mm力学性能 波动范围波动差值不合格率 （） “24 45 “s/ Mpa669 91724824.2 “b/ Mpa760 99223230.6 5（）14 2393.2 （） 58 75170 K/ J120 2881880 HB229 3219235.5 “52 75 “s/ Mpa634 91327914.3 “b/ Mpa800 10112119.5 5（）14 24102.4 （） 56 71.615.60 K/ J66 3262600 HB241 38514445.2 1986 标准加工成“10mm 短试样， 在 WJ-10A 型万能拉伸试验 机上进行拉伸试验。冲击试样按 GB/ T 2291994 标准加工 成 U 型缺口标准试样， 在 TB30B 型冲击试验机上测出室温 K值。在布氏硬度计上测出 HB 值。用 3硝酸酒精溶液 腐蚀金相组织， 然后在NeOphOt-21金相显微镜上进行组织分 ［6］ 周静彬， 周立新， 宛农. T91 钢合金元素对持久强度的影响 ［C］ .第 18 届全国锅炉用钢会议论文集， 2000 234. ［7］ Bendick W. New 9 12Cr SteeIs fOr BOiIer Tubes and pipes Op- erating EXperiences and Future DeveIOpments ［A］ . EpRICOnfer- ence in San Sebastian/ Spain， ApriI， 1998 3. ［8］（日） 大神正浩， 等.锅炉用高强度 9CrW 钢管及锻钢品 （NF616） 的开发 ［J］ .世界钢铁， 1998，（1） 43. ［9］ JOhn HaId. MetaIIurgy and creep prOperties Of new 9 12 Cr steeIs ［J］ . MateriaIs TechnOIOgy， 1996， 67 （9） 370-373. 64金属热处理 2002 年第 27 卷第 8 期 生物质锅炉生物质颗粒燃料 析。将深腐蚀后的金相试样在 S-240 扫描电镜上进行高倍显 微组织分析， 用 H-600 透射电镜观察碳化物形态、 分布规律。 2试验结果与分析 2.1力学性能 表 3 为 25cr2MOV 钢经过不同工艺处理后的力学性能测 试结果； 图 1 为上述热处理工艺试验所测定的D和 HB 值与 3084015 标准的逼近图。图 2 为同一温度下淬火 （960C） 后 在不同温度回火 （650、 660、 670C） 对S、 D、“5、、 HB、 K值 的影响。 可以看出， 在淬火温度一定 （960C） 时， 随回火温度的提 高， S、D、 HB 呈下降趋势， 在 650 660C时 HB 的下降速度 明显大于 660 670C时的下降速度； 韧性指标“5、 呈缓慢 上升趋势，K值在 650C 660C时的上升速度远远大于 660C 670C时的上升速度， 所以对 HB、 K值来说回火温 度 660C是一个很重要的温度， 也就是说在保证强度指标S、 D足够高的情况下， 回火温度选择在 660C， 会使得 HB 值、 K值波动最小， 超过 660C时 K值尽管波动值更小， 但强 度指标S、 D太低。 表 3 25cr2moV 钢不同热处理工艺状态下的力学性能 Table 3The mechanical properties of 25cr2moV steel at different state of heat treatment 编号热处理工艺 S/ MpaD/ Mpa“5（）（） K/ JHB （平均） 125900C X 30min， 油冷 670C X 6h 空冷682 704751 79419 2258 73240 248255 126930C X 30min， 油冷 670C X 6h 空冷690 702787 79919 2071 72232 236251 127960C X 30min， 油冷 670C X 6h 空冷702 707801 8051971200 210256 128990C X 30min， 油冷 670C X 6h 空冷693 714804 82417 1970188 198264.5 1291020C X 30min， 油冷 670C X 6h 空冷693 714803 83219 2070162 168298 131960C X 30min， 油冷 650C X 6h 空冷827 835915 92219 2066 132960C X 30min， 油冷 660C X 6h 空冷769 803861 88518 2066.5206277 从图 1 中可以看到， 132 号工艺在标准的逼近图中处于 最佳位置， 即 960C X 30min， 油冷 660C X 6h， 空冷工艺是 最佳的热处理工艺， 该工艺的 HB 值恰好在检验标准的中值 区 （275HB） ， 而强度指标D有一定的裕量 （D 873Mpa） 。 图 1 25cr2MnV 钢不同热处理工艺状态下的强度和硬度 与 3084015 标准的逼近图 Fig.1The apprOach map Of Strength and hardneSS Of 25cr2MnV SteeI after different heat treatment tO the teSt Standard （3084015） 图 2 25cr2MOV 钢在同一温度下淬火 （960C） 不同温度回火 （650、 660、 670C） 时的力学性能 Fig.2The infIuenceS Of tempering temperatureS On mechanicaI prOpertieS Of 25cr2MOV SteeI 2.2显微组织 分析淬火温度对 25cr2MOV 钢组织的影响， 发现该钢在 低于 960C淬火时， 其显微组织为马氏体 （M） 下贝氏体 （B 下） 自由铁素体 （F） 的混合组织 （见图 3、 4） ， 在 900C时淬 火得到的 F 量较多， 并且 F 呈块状， 随淬火温度的升高， F 量 减少， M 量增多且 M 板条束细化。当淬火温度提高到 960C 时， 得到 M B下组织 （见图 5、 6） 。分析淬火温度对组织的影 响， 初步可以确定， 原热处理工艺淬火温度偏低， 得到的组织 粗大且 F 量过多， 这样在回火后最终得到的组织是粗大 F 回火索氏体 （S回） 。显然， 这种组织是不理想的， 大量块状 F 的存在， 会使显微组织中的碳化物无法弥散分布， 往往造成碳 化物沿晶界大量析出， 这在螺栓长期运行中会使冲击韧度急 剧降低， 同时组织粗大也使室温力学性能较低。我们希望得 到均匀的 S回组织， 这样不仅有利于螺栓在长期运行中保持 S回组织， 而且能保证室温的强度指标D、 S有较高的水平， 同时由于组织均匀也使得硬度值 HB 波动范围缩小。因此， 将淬火温度提高到 960C是必要的， 该温度下淬火奥氏体的 晶粒度等级为 12 级， 淬火温度过高 （超过 990C） 会引起奥氏 体晶粒的长大 （8 9 级） 。因此超过 960C的淬火温度不可 取。 在确定淬火温度后， 调整回火温度才能得到最佳的组织。 图 7 为 930C淬火 670C回火组织， 该组织为 S回 B下 F； 图 8 为 960C淬火 660C回火得到的显微组织， 可以看出 F 的含量已极少， 基本以 S回 B下为主。图 9、 10 为上述两种工 艺透射电镜照片， 可以看出， 960C淬火 660C回火工艺的碳 图 3 25cr2MOV 钢在 900C淬火时的组织 （OM） X 500 Fig.3MicrOStructure Of 25cr2MOV SteeI guenched at 900CX 500 74金属热处理 2002 年第 27 卷第 8 期 图 4 25cr2MOV 钢 930C淬火后的组织 （OM） X 500 Fig.4The structure Of 25cr2MOV steeI guenched at 900C 图 5 25cr2MOV 钢 960C淬火后的组织 （OM） X 500 Fig.5MicrOstructure Of 25cr2MOV steeI guenched at 960CX 500 图 6 25cr2MOV 钢 960C淬火后组织中的 B下（SEM） Fig.6The bainite in 25cr2MOV steeI guenched at 960C 化物弥散析出； 而经 930C淬火 670C回火后碳化物粗大并 有长大的倾向。 综合力学性能和组织分析， 可以确定 960C X 30min 油淬 660C X 6h 空冷工艺为优选出的最佳热处理工艺。 3结论 （1）25cr2MOV 钢在 960C淬火可以得到 M B下的理 想淬火组织， 在该温度下淬火奥氏体的晶粒度等级为 12 级， 超过 990C会使奥氏体的晶粒长大到 8 9 级。 （2）25cr2MOV 钢回火温度超过 670C碳化物有长大的 倾向。 （3）25cr2MOV 钢最佳热处理工艺为 960C X 30min 油 淬 660C X 6h 空冷工艺， 该工艺使得强度s、 b均有较大的 裕量且硬度 HB 值位于检验标准的中值区。 图 7 25cr2MOV 钢 930C淬火 670C回火后 的组织 （OM） X 500 Fig.7The structure Of 25cr2MOV steeI guenched at 930C and tempered at 670CX 500 图 8 25cr2MOV 钢 960C淬火 660C回火后 的组织 （OM） X 500 Fig.8The structure Of 25cr2MOV steeI guenched at 960C and tempered at 660CX 500 图 9 20cr2MOV 钢 930C淬火 670C回火后 组织中的碳化物 （TEM） X 60K Fig.9The carbides in 20cr2MOV steeI guenched at 930C and tempered at 670CX 60K 图 1020cr2MOV 钢 960C淬火 660C回火后 组织中的碳化物 （TEM） X 60K Fig.10The carbides in 20cr2MOV steeI guenched at 930C and tempered at 660CX 60K 参考文献 ［1］ JB/ T96261984， 锅炉锻件技术条件 ［S］ . 84金属热处理 2002 年第 27 卷第 8 期 振动焊接改善焊缝的组织 赵威， 衣振军， 刘旭华 （北满特钢机电设备总公司， 黑龙江 齐齐哈尔161041） Improving Welding Seam Structure by Vibrating Welding Technology ZHAO Wei， YI Zhen- un， LIU Xu-hua （Beiman SpeciaI SteeI CO.Ltd， Oigihaer HeiIOng iang 161041， China） 中图分类号 TG44文献标识码 B 文章编号 0254-6051 （2002） 08-0049-02 作者简介 赵威 （1972） ， 女， 山东文登人， 工程师， 主要从事编制金 属结构件的制作工艺及计划， 新设备、 新工艺的推广和应用， 已发表论 文 3 篇。联系电话 0452-6801442 收稿日期 2001-08-17 振动焊接是指在焊接过程中根据不同构件施加不同参数 的机械振动， 在振动条件下进行焊接。不难想象， 在一定频率 范围内的轻微振动， 势必对焊接熔池有一定作用 ［1］ ①当焊缝 金属在熔融状态下， 振动可以使组织发生变化， 细化晶粒， 使 焊缝的力学性能得到提高；②在有温度场作用下， 焊缝处材料 的屈服强度很低， 因此， 振动容易使热应力场梯度减小， 故使 最后的焊接残余应力得到降低或均化；③由于振动， 在结晶过 程中使气泡、 杂质等容易上浮， 氢气易排除， 焊缝材料与母材 过渡连接均匀、 平缓， 降低应力集中， 提高焊接质量。此项技 术从焊接开始就起到细化晶粒的作用， 接着， 在热状态下通过 热塑性变形来调整应变而降低残余应力， 这样可有效防止焊 接裂纹的形成和工件的畸变， 提高构件的疲劳寿命， 增强焊缝 的力学性能。本文在生产现场进行了振动焊接试验。 1试验材料及过程 取同样规格的 O235 钢板， 其尺寸为 500mm X 150mm X 30mm。将两块钢板对接， 对接坡口机加工成 60 ， 为保证焊 透， 采用 2mm 钝边。加工两组试板， 一组用于振动焊接， 另一 组作为对照组， 用于普通焊接。 振动焊接与振动时效不同， 不需要构件必须达到共振状 态， 只要在一定频率范围内， 达到一定的振幅即可。为此我们 采用某振动时效设备厂生产的振动焊接仪， 来完成本次试验， 工作台布置如图 1 所示。其具体焊接过程通过控制仪监测， 具体工艺过程数据见表 1， 此过程严格执行了振动焊接的操 作规程及工艺参数。 普通正常焊接的焊接电流依次为 160A、 200A、 230A、 240A， 第一层焊条直径为伞4mm， 第二层焊条直径为伞5mm， 在 层中做必要的清根处理， 以保证焊透。 2试验结果与分析 对焊接后的两组钢板， 进行了焊缝组织分析， 金相照片见 图 2。从照片上可以看出， 经普通焊接的试板焊接区域有疏 松 缺陷， 堆焊处和母材过渡区域较明显， 焊接质量较差； 而经 图 1 振动焊接工作台布置图 Fig.1Schematic Of the wOrking pIat Of vibrating weIding 表 1 振动焊接工艺过程及其参数 Table 1Process and its parameters of the vibrating weld 焊接 阶段 焊接 电流 / A 加速度 幅值 /Pm S- 2 激振 电流 / A 电机转 速/ r min- 1 第 1 面 I 1000.41.7 1.93137 3138 修磨清根 1 1600.41.7 1.83136 I 2300.4 0.51.82931 3146 I 2300.4 0.51.7 1.82930 2931 V 2300.4 0.51.7 1.82930 第 2 面 I 1000.41.72805 2806 1 1600.4 0.51.72813 2824 I 2300.4 0.51.72823 2824 I 2300.4 0.51.72822 2823 V 2300.4 0.51.72846 2847 图 2 焊缝的低倍照片 普通焊缝 （a） 和振动焊缝 （b） Fig.2MacrOgraph Of the weIding Seam （a）traditiOnaI weIding（b）vibrating weIding ［2］ 俞德刚， 淡育煦.钢的组织强度学 ［M］ .上海 上海科技出版社， 1983. ［3］ 史密斯 F.工程合金的组织与性能 ［M］ .北京 冶金工业出版社， 1984. ［4］ 张树松.提高调质高强度钢韧性及其机理的研究 ［J］ .材料科学 进展， 1988， 2 （4） 34-42. ［5］ 曲哲， 郭可信.25Cr2MOV 钢螺栓在 540C长期使用中变脆的 研究 ［J］ .金属学报， 1980， 16 （4） 371-378. 94金属热处理 2002 年第 27 卷第 8 期