無合金化的GP280GH鑄鋼件性能熱處理實(shí)踐

楊程坤，馬 鑫，劉 建，許冀鑫

（遼寧福鞍重工股份有限公司，遼寧鞍山 114016）

GP280GH是歐盟鋼種的牌號，由于其綜合性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低廉，廣泛應(yīng)用于高溫環(huán)境下的汽輪機(jī)組件。該鋼種的抗拉和屈服強(qiáng)度要求較高，尤其還需要在600℃以上進(jìn)行焊后消應(yīng)力。一般來講，為了達(dá)到性能和本體硬度要求，材料中C、Mn含量取中上限，合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也需盡量接近1.00%的標(biāo)準(zhǔn)。但為了降低生產(chǎn)成本，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)沒有添加合金元素，在此基礎(chǔ)上，研究通過熱處理的手段滿足性能要求。該材質(zhì)的化學(xué)成分要求和實(shí)際鑄件的成分如表1所示，力學(xué)性能要求如表2所示。

1 熱處理工藝方案

當(dāng)成分一定時(shí)，熱處理工藝的選擇就成為影響性能的關(guān)鍵。熱處理工藝的選擇一般參考該材質(zhì)的C曲線，如圖1所示。

當(dāng)合金含量少的時(shí)候，C曲線左移，鋼的淬透性降低[2]。因此，根據(jù)該材質(zhì)的近似CCT曲線可知，為使調(diào)質(zhì)后的硬度達(dá)到160 HB左右，需要淬火后硬度達(dá)到190 HB，因此奧氏體化后的冷卻速度不能低于29℃/s，所以借助淬火的工藝，淬火方式為水冷?？紤]到該材質(zhì)還有焊后熱處理溫度不能低于600℃的要求，熱處理工藝選擇890℃×14 h+610℃×8 h.為了進(jìn)行比較，選擇同樣的工藝進(jìn)行正回火試驗(yàn)。

表1 GP280GH的化學(xué)成分要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 力學(xué)性能要求

圖1 GP280GH的近似CCT曲線[1]

2 熱處理試驗(yàn)

從鑄件上切2個試塊（220mm×150mm×70mm），分別進(jìn)行正回火試驗(yàn)和調(diào)質(zhì)試驗(yàn)，為了消除試塊位置對性能的影響，采用對稱取樣的方式。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 GP280GH的力學(xué)性能要求

從表3可以看出，該材質(zhì)經(jīng)過正回火熱處理后，強(qiáng)度和硬度都達(dá)不到要求，而經(jīng)過淬火后，強(qiáng)度、硬度、沖擊性能全部提高，力學(xué)性能各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了客戶的要求，表現(xiàn)出了良好的綜合性能，硬度也符合要求范圍的中值。兩種熱處理?xiàng)l件下的金相分析結(jié)果如圖2所示，微觀組織分析和晶粒度如表4所示。

圖2 GP280GH的金相組織

表4 GP280GH在不同熱處理?xiàng)l件下的微觀組織和晶粒度

從金相分析結(jié)果可以看出，該種材質(zhì)正回火和淬火條件下都是珠光體+鐵素體組織，但淬火狀態(tài)下性能指標(biāo)才能合格，主要還是由于珠光體含量和晶粒度的影響。結(jié)合該材質(zhì)的CCT曲線可以看出，如果在A→F轉(zhuǎn)變時(shí)冷卻速度過慢，先共析鐵素體的含量將增加，珠光體含量降低，所以強(qiáng)度和硬度指標(biāo)不能達(dá)標(biāo)；只有在淬火的條件下，通過提高過冷奧氏體的冷卻速度，減少A→F的轉(zhuǎn)變量，獲得較多的珠光體，以及更細(xì)的晶粒度，從而獲得優(yōu)良的綜合性能。

3 鑄件性能熱處理

生產(chǎn)4件產(chǎn)品，按照上述試驗(yàn)的淬火工藝進(jìn)行了熱處理，所得性能指標(biāo)如表5所示，產(chǎn)品性能指標(biāo)全部合格。

表5 鑄件淬火后的性能

4 結(jié)論

1）無合金化生產(chǎn)GP280GH鑄鋼件是可行的，但需要調(diào)質(zhì)處理才能獲得優(yōu)良的綜合性能；

2）該成分的鑄件經(jīng)過890℃×14 h+610℃×8 h調(diào)質(zhì)后，性能指標(biāo)滿足供貨要求。