925钢锻件性能分析

925钢锻件性能分析

赵伟彤

中国一重集团有限公司 黑龙江161042

摘要：针对大壁厚925钢锻件的-20℃冲击断口纤维率问题，进行了淬火温度、回火温度、保温时间、低温锻造等系列工艺优化试验，结果表明925锻件最佳淬火温度在870℃，回火温度在670℃；锻件实际晶粒度与低温冲击韧性正相关；采用低温锻造工艺，可以改善低温塑韧性，但锻件壁厚超过150mm后心部位置冷速满，冲击试样断面纤维率很难满足要求。

关键词：925钢锻件，断口纤维率，晶粒度

1 引 言

925高强钢材料是中船725所和471厂（武汉重工铸锻）于1992年联合开发的适用于壁厚≤120mm的锻件的专用材料，并形成了《CB 1207-1992》标准，本材质经过长期的工程应用，已被广泛应用于舰艇上高强度、高韧性锻件设计选材中。

我公司近期生产一批大壁厚的925高强钢锻件，执行标准《CB 1207-1992》及《925高强度钢锻件技术条件》产品技术要求，材料成分及性能指标见表1-1、表1-2、表1-3及表1-4。

表1-1 钢的熔炼成分（%）

表1-2 成品锻件的化学成分允许偏差（%）

表1-3 拉伸性能指标

表1-4 V型缺口夏比冲击试样的冲击性能指标

由于实际锻件的热处理有效壁厚超过120mm，导致其-20℃冲击的断口纤维率很难达到90%的要求。为此进行了大量工艺优化试验，来提升925钢锻件的性能，保障满足设计指标要求。

2 工艺优化试验

2.1 材料热处理工艺窗口及工艺稳定性研究

按经验，925材料调质热处理选择在860℃淬火，650-680℃范围回火。为明确实际材质的工艺窗口，提升工艺稳定性。进行了淬火温度、保温时间、回火温度等参数试验。

2.1.1淬火温度及保温时间对性能和晶粒长大影响实验

实验目的：实际生产中炉子状况不稳定，正常设定860℃淬火，可能会出现温度超过870℃或者均温时间过长等突发状况。

实验在模拟炉中进行，工艺和检验项目如下：

图2-1 不同淬火保温时间的热处理模拟试验

表2-1 模拟热处理参数

表2-2  925锻件调质前成分

从实验结果看，原始晶粒度为3.5级，模拟淬火过程中，延长淬火保温时间，晶粒度不发生明显长大。强度和冲击结果无大变化。

2.1.2回火参数优化试验

实验目的：925材质锻件屈服强度要求在510-665MPa范围，需要精确制定回火参数，保证屈服强度最终落在在要求范围内，故进行回火参数模拟试验。

工艺及参数如下：

图2-2 不同回火参数的热处理模拟试验

表2-3  925锻件模拟炉结果

从实验结果看，回火温度升高10℃，屈服强度下降30-50MPa，回火保温时间延长一倍，屈服强度下降40MPa左右。且回火温度在670℃附近，获得的综合力学性能最佳。

综上所述，925锻件的回火温度应当在670℃附近，保温时间在8h以内（实际产品均温时间长，回火温度适当降低），可获得最佳性能。

2.2晶粒度对低温冲击韧研究

分析12炉次925材质试验件晶粒度和-20℃冲击功的关系，见表2-4和图2-3。可以看出晶粒度等级和低温冲击功之间有显著的正相关性。

表2-4  925锻件晶粒度等级和冲击功关系

图2-3  925锻件晶粒度等级和冲击功关系

实际锻造成型过程对晶粒度的影响明显，一般最后两火次保持1.5以上的锻比，以及待料时间较短，可以最终获得良好的晶粒度。

2.3 低温锻造对低温塑性的改善研究

低温锻造成型可以细化原奥氏体晶粒，改善夹杂物分布，提升低温塑韧性。前期在其他锻件上应用低温锻造工艺，低温塑韧性改善效果较好。本次拟采用低温锻造方案试制三种壁厚试环，研究塑韧性改善效果。

实验方案：使用尺寸为Φ2635/Φ2075*1185，重量约20吨的925-I锻件进行改锻，改制成三种壁厚（150mm、180mm和210mm）试验件。

锻造毛坯正回火后，按下图2-4加工见光，切分为三种壁厚（150mm、180mm和210mm）试验件，另保留一块350mm高备用料（保留最大壁厚）。

图2-4 锻件机加图

三种壁厚（150mm、180mm和210mm）改锻件进行调质热处理后，进行取样，并检测锻件心部性能。

三种不同壁厚规格改锻件拉伸性能和冲击性能数据，如表2-5、表2-6所示。

表2-5 三种不同壁厚规格改锻件拉伸性能

表2-6 三种不同壁厚规格改锻件冲击性能

从表中数据判断，三种不同规格壁厚锻件的-20℃（AKv）冲击功基本都在200J以上，但锻件壁厚超过150mm后，心部位置的冲击试样断面纤维率很难达到90%以上，说明针对本材质锻件，在当前的化学成分控制范围内，必须控制锻件有效壁厚≤150mm，从而保障锻件的心部高韧性要求。

3结论

通过本文系统的工艺试验，得出如下结论：

1、在淬火温度为870℃范围内，延长淬火保温时间，晶粒度不发生明显长大，强度和冲击功结果也无大变化。同时，925锻件的最佳回火温度在670℃附近，保温时间在8h以内，可获得最佳匹配性能。

2、925锻件的实际晶粒度等级和低温冲击功之间有显著的正相关性，晶粒尺寸越细小，冲击韧性越高。而晶粒尺寸与锻造过程中最后两火次锻比和待料时间有关，待料时间短，锻比较大可以获得细小的晶粒。

3、通过低温锻造的试验件结果可以看出，不同壁厚锻件冷速存在差异，随着壁厚的增加，心部冷速变慢，壁厚超过150mm锻件，-20℃（AKv）冲击功基本都在200J以上，但是心部位置的冲击试样断面纤维率很难达到90%以上。