CrNiMoV鋼屬于低合金高強鋼，具有優良的室溫強韌性、高溫強度、淬透性、焊接性以及抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能，多用于制造民用燃機盤軸件、航天發動機殼體、飛機起落架、壓力容器等。隨著高推動比、高性能民用發動機的高速發展，對現代化裝備提出了更高的要求。

鋼鍛件在熱加工過程中容易形成氧化皮和脫碳層，對于碳鋼和低合金鋼在800℃以上會形成“高溫鱗皮”狀的氧化皮，以往此類鍛件按經驗設計余量均不小于5mm。本論文從工程應用的角度，通過在鍛件表面噴涂防護層，減小高溫下保溫過程的氧化程度，提高鍛件表面質量并減小單邊設計余量，通過重復熱處理調整鍛件的力學性能，實現了此類鍛件的提質增效降本。

試驗材料和方法

試驗用材料為某鋼廠φ250mm的鋼棒，化學成分如表1所示。按照制坯→模鍛→熱處理→粗加工的工藝路線生產盤鍛件，粗加工后在鍛件上切取試環進行力學性能測試，用于重復熱處理的鍛件實物如圖1所示，在半件鍛件全表面噴涂某T系列防護涂層，涂層厚度0.1～0.3mm，并在鍛件上劃線區分噴涂區域和未噴涂區域。

表1 試驗件用鋼的化學成分(%)

圖1 重復熱處理前鍛件實物

將噴涂后的鍛件按照標準熱處理制度進行重復熱處理，重復熱處理制度與標準熱處理制度相同：920℃保溫240min出爐空冷，860℃保溫140min出爐水冷，650℃保溫300min出爐空冷，重復熱處理后的鍛件實物見圖2。

圖2 重復熱處理后鍛件實物

試驗結果和分析

重復熱處理前噴涂防護劑對鍛件表面氧化皮的影響

圖2所示的熱處理后鍛件表面有輕微氧化皮，噴涂的區域表面質量明顯優于未噴涂的區域，為了進一步評估重復熱處理后氧化皮的厚度，清理干凈鍛件表面松散的氧化皮后采用三坐標掃描儀檢測了重復熱處理前后鍛件的形狀和尺寸，造型比對情況見圖3，鍛件重復熱處理后沿軸向發生了輕微的變形，為了定量評估氧化皮的厚度，在如圖4所示的縱剖面上選取了5個典型位置檢測了熱處理前后的尺寸，每個位置檢測3個點求平均值，相應位置的尺寸差值平均值即對應位置的氧化皮厚度。檢測結果見表2，未噴涂區域的氧化皮厚度平均值為0.226mm，噴涂區域氧化皮厚度平均值為0.068mm，可見噴涂防護劑可以明顯減小鍛件表面氧化皮的厚度。

表2 熱處理前后典型位置厚度尺寸檢測結果 單位：mm

圖3 造型對比情況

圖4 縱剖面5個檢測位置

重復熱處理前噴涂防護劑對鍛件近表面脫碳層的影響

CrNiMoV鋼類鍛件熱加工過程中表面產生肉眼可見的氧化皮，由于氧化反應在鍛件近表面還會形成一層脫碳層，脫碳層的組織與鍛件本體的組織有差異。鍛件表面噴涂的防護劑具有防氧化的作用，為了定量分析防護層的防氧化作用，在重復熱處理后的鍛件噴涂和未噴涂區域分別切取1個試樣，檢測脫碳層的厚度。取樣示意圖見圖5，其中1#試樣位于噴涂區域，2#試樣位于未噴涂區域。采用金相法對試樣軸向表面和徑向表面脫碳層進行檢測，檢測結果見圖6，脫碳層厚度最大值為0.71mm，檢測結果顯示軸向表面脫碳層最大厚度比徑向表面脫碳層最大厚度大0.19mm，未噴涂區域的脫碳層最大厚度比噴涂區域的大0.2mm。

圖5 脫碳層厚度檢測取樣示意圖

圖6 脫碳層厚度檢測結果

試驗結果表明：噴涂防護層的區域脫碳層厚度小于未噴涂的區域，防護劑有一定的防氧化能力。綜合考慮氧化皮和脫碳層厚度，噴涂防護劑的區域氧化深度比未噴涂區域小0.3mm，另外未噴涂區域的輪緣發生了軸向翹曲，翹曲變形值為1.36mm，噴涂區域輪緣翹曲變形量為0.27mm。因此未噴涂鍛件的余量需不小于2.45mm，噴涂防護劑的鍛件余量需不小于1.01mm。

重復熱處理對鍛件力學性能的影響

重復熱處理后鍛件的狀態發生了變化，為了評估重復熱處理對鍛件性能的影響，設計了如圖7所示的理化取樣圖，在重復熱處理后的鍛件上切取了1個室溫拉伸試樣和3個沖擊試樣進行了性能測試，試驗件標準熱處理后在鍛件上切取的試驗環力學性能數據見表3，數據表明鍛件重復熱處理后強度明顯升高，屈服強度靠近指標上限，塑性水平相當，沖擊韌性下降約15J，分析鍛件強度提升的主要原因是重復熱處理態的鍛件有效截面厚度小于標準熱處理態的鍛件有效截面厚度，在熱處理冷卻過程中冷卻速率較快。綜上所述，粗加工態鍛件重復熱處理后力學性能滿足標準要求。

表3 力學性能檢測結果

圖7 理化取樣示意圖

結束語

通過試制試驗和理化性能檢測，綜合分析了重復熱處理及防護劑對CrNiMoV鋼鍛件組織和性能的影響，得出以下結論：

⑴鍛件重復熱處理后氧化皮厚度最大值為0.38mm，未噴涂區域的氧化層厚度比噴涂區域氧化層厚度平均大0.158mm；

⑵鍛件重復熱處理后脫碳層厚度最大值為0.71mm，未噴涂區域的脫碳層厚度比噴涂區域脫碳層厚度大0.1mm；

⑶鍛件重復熱處理后未噴涂區域輪緣翹曲變形達1.36mm，比噴涂區域變形值大1.09mm；

⑷綜合考慮氧化層、脫碳層和翹曲變形等因素，鍛件重復熱處理后未噴涂鍛件的單邊加工余量需不小于2.45mm，噴涂防護劑的鍛件加工余量需不小于1.01mm；

⑸鍛件重復熱處理后強度值有所提升，沖擊韌性略有下降，但各項性能指標均符合標準要求。