论文总字数：18480字

目 录

Abstract 4

第一章 绪论 5

1.1引言 5

1.2国内外高铬钢的发展 5

1.3 国内外高铬钢的研究情况 6

1.4高铬钢Cr28中化学成分确定 7

第二章 实验内容 10

2.1实验所用材料主要成分 10

2.2 实验所用设备 10

2.3 硬度的测定 10

2.4高铬钢Cr28的热处理工艺 10

2.4.1 高铬钢Cr28的退火热处理 11

2.4.2 高铬钢Cr28的（淬火 回火）热处理工艺 11

2.5 金相试样的制备 12

2.5.1 取样 12

2.5.2 镶样 12

2.5.3 磨光 12

2.5.4 抛光 13

2.5.5 金相试样的浸蚀 13

第三章 实验结果与分析 14

3.1 高铬钢Cr28的淬火工艺的研究 14

3.2 高铬钢Cr28的淬火冷却方式的选择 14

3.3 高铬钢Cr28的淬火温度的选择 14

3.4高铬钢Cr28的回火工艺的研究 17

3.5 高铬钢Cr28的最佳热处理工艺的研究 18

3.6高铬钢Cr28的最佳热处理工艺的确定 20

3.7高铬钢Cr28的临界温度的确定 20

3.8高铬钢Cr28的软化试验 22

3.8.1对高铬钢Cr28的软化作用 22

3.8.2回火对高铬钢Cr28的软化作用 23

第四章 结论 25

参考文献 26

致谢 27

高铬钢Cr28热处理温度对组织和硬度的影响

多吉坚才

, China

Abstract:: The high chromium steel Cr28 is heat treated. The microstructure of the heat treatment determines the final performance of the high chromium steel Cr28, so the key to heat treatment is how to get better microstructure. The as-cast microstructure of high-chrome steel Cr28 consists of three parts, austenite, pearlite and original carbide (M₇C₃). After the heat treatment process, most of the microstructures are transformed into martensite and fine dispersion Carbide composition, this microstructure can greatly improve the comprehensive mechanical properties of chromium steel Cr28, is the most ideal microstructure. Selection of heat treatment process, the main purpose is to strengthen the material.

Key words: high chromium steel Cr28 Heat treatment temperature organization hardnes

绪论

1.1引言

众所周知高铬钢具有优良耐磨材料 、抗高温性、耐腐蚀性,相当的韧性,在矿山、电力、冶金、建筑、水泥、筑路机械、耐火材料、采矿等行业取得了广泛应用。随人类的需求的不断的提高，推动着材料的发展进步，环境污染和能源短缺问题越来越严重。我国对于能源的需求呈递增趋势，目前我国能源消耗量达到了一个庞大的数字，能源消耗的不断增长，会使我们的能源供应和环境保护方面造成巨大压力，因此耐热材料的开发，材料的应用性能的提高成为解决这一问题的关键，在能源的开发、动力和大型制造业等领域，通过提高材料的使用温度和增加热效率，可以大大减少能源的损耗。在此情况下，高性能高铬耐热钢得到了人们的认可，在发电和航空等产业广泛应用，对这些产业的发展起着必不可少的推动力，对环境的保护和节约能源方面起到了积极作用。热处理是改善高铬钢Cr28组织和性能的一种常用的重要方式，对于大多数高铬钢Cr28耐磨铸件，进行热处理的主要目的是取得马氏体基体，进而改善高铬钢的耐磨性能。 高铬钢Cr28不但需要坚硬碳化物，还需要强韧的基体组织来维持高铬钢的坚硬碳化物，以提高高铬钢Cr28的抗磨性，高铬钢Cr28组织基本为奥氏体组织，硬度偏低，不能够对基体供应支撑和保护，需要经过热处理来改变高铬钢Cr28的基体组织形态和碳化物的分布，充分发挥高铬钢Cr28的耐磨性能^[2]。高铬钢Cr28作为一种抗磨材料，热处理可以使高铬钢Cr28取得搭配合理的力学性能，从而改善其使用性能。因为高铬钢是一种多元合金 ,所以影响高铬钢组织与性能的因素有很多。Cr28高铬钢主要化学成分包括（Cr、C、Mo、Mn、Cu、V、S、P）,各个成分比例会对高铬钢Cr28的组织和机械性能有一定的影响，高铬钢Cr28 抗磨损的主要失效形状为磨损和剥落开裂。为了其耐磨性有所提高,通常将高铬钢Cr28的组织处理,得到一定数量的 M ₇C ₃ 型碳化物和马氏体基体，因而为了高铬钢Cr28的抗剥落开裂能力有所提高 ,必需把残余奥氏体数量和M₇ C₃碳化物减少到一定数量^[3]。为取得马氏体基体 ,我们需要通过热处理工艺，对高铬钢Cr28进行热处理。

1.2国内外高铬钢的发展

高铬钢最早用于喷气式发动机上,含有Cr及少量的（Mo、Mn、Cu、V、S、P）的耐热合金钢，这种耐热合金钢具有良好的蠕变强度^[4]。可是这种耐热合金钢还是存在一定的缺陷，会因马氏体相变造成脆断问题,直至1950年这种缺陷才获得解决，所以1950年后这种高铬钢开始广泛应用于热电厂的蒸汽管道^[5]，最早用于热电厂蒸汽管道的钢种分为两种，一种是型号为X12CrMo91，另一种是型号为X20CrMoV 12.1^[6]。在12CrMoV耐热钢中，X20CrMoV 12.1钢是最具有代表性的^[7]，该钢以优异的抗蠕变性、抗腐蚀性、较高的强韧性。以及良好的耐热性而取得了普遍的应用，被用于大功率的热电厂^[8]。

在1904 – 1906年，法国的 Guiiiet对高铬马氏体及铁素体钢进行了研究^[9]，但对于这些钢的抗腐蚀性能，并没有注意到。在 1911年，MOnnartz发表了论文“铬钢的研究，特别是耐酸性”，使得人们对铬钢的性能更加了解，引起了人们的广泛的关注。这篇论文主要讲了铬钢的以下特点， （1）. 在酸、水及大气中，铬钢的腐蚀速率会随铬含量会有所下降，当含铬达到12%时会急剧下降；（2）.钢的含碳量过高，会导致碳化物的生成，从而钢的腐蚀加剧；（3）.利用电动势测量，证明了钢的抗腐蚀性能的提高是因为钢的钝化引起的； （4）. 发现少量的合金元素，可以将碳固定。

在国内，由宝钢研发的耐CO₂腐蚀的高铬钢套管B13Cr110，成功运用到3800多米深气井中，使得国内含CO₂深气井的开发需求得到了满足，取代了进口高铬钢，并大大降低了开发成本，这种高铬钢的成功研发，促进了我国能源的发展^[10]。由于深气井的发现和开发，导致高铬钢的需求急速增加，对高铬钢性能的要求更大，目前市场上提供的高铬钢套管，只能用在3000米左右生气井。要想开采3000米以上的生气井，所要用的高铬钢套管性能要求更高，不但要具备优良的抗腐蚀功能，强度和韧性也要更高，宝钢股份研究院在API标准L80-13Cr的基础上，添加Mo和少量合金元素，冶炼出了新型高铬钢^[10]。

众所周知，磨损会造成材料表面的大量损耗，是导致零件失效的主要因素，磨损现象是普遍存在的，应用中的在材料是不可防止的，因此耐磨材料的大量使用和研究是人们的必然选择。从20世纪60年代开始，国内外在研究和开发耐磨材料方面做了很大的努力，高铬钢Cr28作为一种良好的耐磨材料，耐磨性比合金钢还要高的多，而且还兼有优良的耐腐蚀性和抗高温性能，是一种性能优良抗磨材料，得到了广泛应用。

1.3 国内外高铬钢的研究情况

为了提高高铬钢的性能，国内外专家对高铬钢生产工艺和成分进行了多方面深入研究，并取得了很大的进展。

胡胜研究了终热处理工艺对高碳高铬钢组织和性能的影响。研究表明：在1050℃左右淬火能够使高碳高铬钢具备较好的性能，当回火温度达到450℃时，高碳高铬钢的冲击韧性达到峰值^[11]。经最终热处理，得到的组织为马氏体基体、少量的原始碳化物和大量二次碳化物。可以通过热处理作用，来使高碳高铬钢显微组织得到改善，从而获得较为优异的力学性能。

刘红才深入研究了在不同退火温度下，高碳高铬钢的显微组织与性能转变规律。设计了四种不同的退火温度(550℃ 、600℃、650℃ 、700℃)^[11]。研究发现高铬钢基体中残余奥氏体会受温度影响，随着温度的不断升高，高铬钢基体中的残余的奥氏体，会转变为马氏体和珠光体，当退火回火温度达到650℃时，基体中的马氏体体积分数最大，700℃时马氏体体积分数会减小。

孙晓敏利用K/Na变质剂，对高铬钢的组织和性能进行了研究，确定了高铬钢热处理工艺，试验得出：最佳的热处理工艺（1000℃ x3 h淬火 450℃ x2h回火）。通过金相观察，得知采用K/Na复合变质，可以使高铬钢组织中的初生奥氏体细化，碳化物由粗大板条状转变为细板条状，大大减小了对基体的割裂作用，增加了基体的连续程度,通过变质处理和热处理，可以改善高铬钢的硬度、冲击韧性和耐磨性^[12]。

1.4高铬钢Cr28中化学成分确定

(1) C

高铬钢Cr28中存在碳的形式分为两种:一部分碳与合金元素结合生成碳化物，高铬钢含有的合金元素种类和数量各不相同，所以形成的碳化物类型也有所不同。分布在基体中的碳化物硬度比较高，可以大大提高高铬钢Cr28的硬度和耐磨性，特别是高硬度的马氏体基体，可以为碳化物供应扎实的支撑时，高铬钢的耐磨性能良好。另一部分碳固溶于奥氏体基体中，基体的淬透性得到了提高，使高铬钢基体更容易获得马氏体组织。高铬钢的硬度和耐磨性会随着碳含量和碳化物的数量增加，从而得到提高。但随着含碳量不断增加，会形成过多的碳化物，会大大降低基体合金元素的含量，一方面淬火后马氏体硬度明显有所下降，虽然有二次碳化物M₇C₃的析出，但总体硬度显著下降，另一方面会使Ms点升高，淬火后残余奥氏体量减少。所以高铬钢的硬度会随着含碳量的增加，会逐渐增加，当碳含量接近共晶成分后，硬度就会开始下降。并且高铬钢的含碳量不宜过高，当含碳量过高时，会造成碳化物数量较多且比较粗大，在基体中相互接触并连接，所形成的碳化物会使基体开裂 ，增加高铬钢的脆性，降低其冲击韧性，从而削弱高铬钢的综合机械性能^[13]。

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