30Cr2Ni2Mo是合金結構鋼簡稱，特鋼優質合金鋼，是在優質碳素結構鋼的基礎上，適當地加入一種或數種合金元素而制成的鋼種。30Cr2Ni2Mo鍛鋼850℃淬火后,再分別進行480,550和600 ℃的回火處理。分別用X射線衍射(XRD)測試了鍛鋼的物相,用掃描電鏡(SEM)分析了試樣的顯微組織及斷口形貌,用萬能材料試驗機測試了鍛鋼的力學性能。結果表明,隨回火溫度的升高，Fe,Ni,相含量增大,回火索氏體組織中碳化物長大,沖擊斷口韌窩增多;鍛鋼強度降低,沖擊吸收能量增大,該鍛鋼適宜的回火溫度為550 ℃。

核電機組軸瓦材料要求工件經鍛造后調質處理,需滿足高強度的標準要求,即力學性能要求屈服強度R>1050 MPa,抗拉強度R. >1250 MPa,沖擊吸收能量KV,>45 J。目前大量使用30Cr2Ni2Mo鍛鋼,但這種鍛鋼的工藝穩定性差,從而使力學性能往往達不到實際使用的要求。30Cr2Ni2Mo鍛鋼在使用過程中,往往出現力學性能不達標的情況。本文通過對比30Cr2Ni2Mo鍛鋼經鍛造和調質處理后的力學性能,利用金相顯微鏡和掃描電鏡(SEM)觀察鍛鋼的顯微組織、碳化物形貌及分布,以及斷口形貌,尋找熱處理工藝對30Cr2Ni2Mo鍛鋼強度、沖擊吸收能量的影響,從而為該鍛鋼的使用提供參考。

試驗用鍛鋼化學成分與GB/T 17107—1997《鍛件用結構鋼牌號和力學性能》中30Cr2Ni2MoNi鋼相比較,化學元素的含量在國標要求范圍之內。但此鋼種仍存在較大的 Ni含量,意味著在鍛鋼中多余的Ni會和Fe形成其它相,以此化學成分為基礎的鍛鋼,其顯微組織及最終的力學性能將受熱處理及化學成分的影響。

30Cr2Ni2Mo鍛鋼化學成分

不同回火溫度處理后,試驗鋼的力學性能如表所示。可以看出,隨回火溫度的升高,材料的屈服強度和抗拉強度都降低,特別是600℃回火后的屈服強度已降至1000 MPa以下,已不滿足標準的要求。伸長率、斷面收縮率和沖擊吸收能量都增大。550℃回火的沖擊吸收能量達46J,已超過45J,600 ℃回火后已遠超過45J。因此,經850℃淬火,再進行回火處理時,回火溫度的選擇非常關鍵。回火溫度過低,雖能夠保證足夠的強度,但沖擊韌性達不到使用要求;同時,如果回火溫度過高,則強度下降,同樣達不到材料的使用要求。從力學性能值可以看出,選擇550℃的回火溫度較為適宜。

30Cr2Ni2Mo鍛鋼中的Ni與Fe形成Fe,Ni,相,并隨回火溫度的升高而增多;回火溫度升高,組織中的碳化物逐步長大,強度降低。30Cr2Ni2Mo鍛鋼隨回火溫度升高,斷口形貌從準解理沿晶斷口過渡到韌窩狀纖維斷口;韌窩狀纖維更細,大韌窩更多,沖擊吸收能量增大。該鍛鋼適宜的熱處理工藝為850℃淬火和550 ℃保溫2h回火。