ZG15Cr2Mo1钢常用于制造燃汽铸钢件，服役时需承受高温、振动等，因此要求其具有较好的室温及高温综合力学性能。实际生产中，该钢的正火热处理温度不高于980℃，回火温度不低于675℃。生产初期，产品时常出现室温、高温力学性能不稳定的情况。为此，笔者通过对力学性能差异较大的产品进行理化检验与分析，研究了ZG15Cr2Mo1钢力学性能出现差异的主要原因，并制定相应措施，以期实现产品性能的稳定控制。

将室温条件下抗拉强度合格的试样分为一组(编号为1)，不合格的分为一组(编号为2)，其力学性能测试结果见表1。

表1 两组试样室温力学性能测试结果的平均值及标准偏差

可知1组试样的平均抗拉强度比2组试样的高，而冲击吸收能量要远低于2组试样的。经查证，2组试样的回火温度相对比1组试样的要高。

在1，2组试样对应的产品上截取相同状态的试样进行高温力学性能试验，结果见表2。

表2 两组试样高温力学性能测试结果的平均值

可以看出1组试样的室温、高温抗拉强度均较高，高温持久强度持续时间长，但断口形貌转化温度(剪切断面率达到50％)也较高，不利于抵抗高温冲击。2组试样的室温、高温抗拉强度均较低，但抵抗高温冲击的能力较好。

对两组试样的化学成分进行分析，结果见表3。

表3 两组试样的化学成分分析结果(质量分数)％

可见化学成分差异并不大，也说明ZG15Cr2Mo1钢的力学性能结果差异与化学成分关系不大。

从1组和2组试样中分别选取一个(编号为1号试样和2号试样)在60℃时进行冲击试验，并观察断口附近的显微组织形貌。1号试样的冲击吸收能量为65J，远低于抗拉强度不合格的2号试样的冲击吸收能量(125J)。1号试样断口附近显微组织为灰黑色板条状贝氏体和灰白色岛屿状贝氏体，铁素体基体上分布着细小的颗粒状碳化物，组织均匀性差，见图1。

图1 1号试样断口附近显微组织形貌

2号试样组织中的铁素体发生了合并长大，呈准多边形，铁素体基体上分布着颗粒状碳化物，仍可见少量断续分布的板条状贝氏体，见图2。

图2 2号试样断口附近显微组织形貌

这也说明了2号试样回火温度较高，回火充分，冲击韧度较好。

使用扫描电镜(SEM)对两试样显微组织进行观察。

图3 1号试样的SEM形貌

由图3可以看出，1号试样中存在板条状贝氏体以及铁素体上分布着颗粒状、针棒状碳化物的岛状贝氏体。说明其回火不充分，碳化物对位错有一定钉扎作用，所以强度高，冲击韧度低。

图4 2号试样的SEM形貌

由图4可以看出，部分视场下2号试样的板条状贝氏体基本消失，条状铁素体合并成多边形铁素体，颗粒状碳化物减少。说明其回火较充分，碳化物对位错的钉扎作用减弱，应力集中减小，强度降低，冲击韧度提高。

从上述检验结果可以看出，两组试样的化学成分差异不大，说明化学成分不是造成该钢力学性能差异的主要原因。

1号试样冲击断口附近的显微组织不均匀，存在板条状贝氏体，说明其回火温度低或保温时间短，回火不充分。析出的碳化物钉扎位错导致位错密度较高，所以其抗拉强度较高，断口形貌转化温度也较高，室温及高温韧性差。同时，1号试样的晶粒较粗大，这与正火温度有关，正火温度高，碳及合金元素充分溶入奥氏体，回火时析出的碳化物多而弥散，强化效果好；但正火温度高，保温时间长，材料晶粒较大时，晶界对位错运动的阻碍作用减弱，裂纹易扩展，材料韧性降低。

2号试样显微组织较均匀，主要为准多边形铁素体，板条状贝氏体基本消失。说明其热处理回火温度较高，贝氏体回火充分。第二相粒子对位错的钉扎作用减弱，位错可动性增强，基体软化，使得材料强度下降，而塑性、韧性提高。

根据上述分析结果，结合ZG15Cr2Mo1钢的CCT曲线，采用不同热处理工艺进行试验得出，该钢在920~970℃保温8~12h后空冷进行正火，可获得100％贝氏体和合适的晶粒度。在720~760℃保温8~12h，以30~60℃·h-1的冷速进行回火，可获得较理想的室温及高温综合力学性能。

按上述工艺对ZG15Cr2Mo1钢进行热处理，其显微组织发生了明显的再结晶，组织均匀，为类似回火索氏体组织，板条状贝氏体基本消失，晶粒较细小，见图5。

图5 ZG15Cr2Mo1经改进热处理后的显微组织形貌

其室温力学性能为：抗拉强度625MPa，规定塑性延伸强度468MPa，断后伸长率21％，断面收缩率68％，布氏硬度187HBW，高温抗拉强度545MPa，60℃下冲击吸收能量为135J，剪切断面率达到50％时的温度为20℃，见图6。且3次高温持久试验结果均达145h以上，符合技术要求。可见对于ZG15Cr2Mo1钢，在成分差异不大的情况下，科学合理的热处理工艺是稳定其室温及高温综合力学性能的保证。

图6 ZG15Cr2Mo1钢的冲击吸收能量及剪切断面率随温度的变化

(1)当回火温度较低时，ZG15Cr2Mo1钢的组织中存在板条状贝氏体，位错密度较高，其室温、高温抗拉强度高，但抵抗冲击的能力较差；回火温度较高时，该钢发生明显的回复再结晶，板条状贝氏体消失，出现准多边形铁素体，碳化物聚集长大，位错密度减小，其冲击韧度提高，但室温、高温强度偏低。

(2)采用920~970℃保温8~12h后空冷正火，720~760℃保温8~12h后以30~60℃·h-1的冷速回火对ZG15Cr2Mo1钢进行热处理，可以获得较理想的室温及高温综合力学性能。