20Cr13鋼是一種常用的不銹鋼，具有較高的熱強(qiáng)度、抗氧化性和良好的減震性。在弱腐蝕介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性，對(duì)淡水和海水﹑蒸汽和空氣也有足夠的耐腐蝕性。熱處理后綜合性能好，廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片﹑緊固螺栓和對(duì)耐腐蝕性和強(qiáng)韌性要求較高的容器及構(gòu)件。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，20Cr13鋼經(jīng)1050℃淬火有時(shí)會(huì)使馬氏體變厚，在400~600℃回火后，沖擊韌性顯著降低。高溫回火可保證其組織和性能在使用溫度下穩(wěn)定，耐腐蝕性高。

20Cr13鋼錠鍛造退火后進(jìn)行調(diào)質(zhì)，達(dá)到用戶要求的性能指標(biāo)。本次實(shí)驗(yàn)采用單介質(zhì)和多介質(zhì)淬火冷卻工藝，通過(guò)700℃高溫回火解決淬火過(guò)程中的縱向裂紋。表為20Cr13的化學(xué)成分。

試驗(yàn)中使用的冷卻液為10%F-2000水基介質(zhì)液，以下簡(jiǎn)稱介質(zhì)液。鍛造和退火后的兩個(gè)尺寸相同的2OCr13轉(zhuǎn)子,裝入RT3-120-11型全纖維臺(tái)車爐，實(shí)施10型全纖維臺(tái)車爐O0℃保溫7.5h,單介質(zhì)出爐后，單介質(zhì)分別進(jìn)行(F-2000介質(zhì)液+介質(zhì)液+空)冷，淬火樣品為700℃保溫18h空冷(回火工藝)。顯微組織采用奧林巴斯。GX51M型金相顯微鏡﹑硬度檢測(cè)用HL-2000硬度計(jì)，分別取2000硬度計(jì)mm高倍試樣和120mm力學(xué)性能試樣，進(jìn)行試驗(yàn)和分析。

從圖中可以看出，不同的淬火冷卻方法可以得到不同的淬火硬度。單介質(zhì)液冷卻的表面硬度可達(dá)462HB,各種介質(zhì)冷卻方法的淬火表面硬度達(dá)到456HB。隨著與樣品中心的距離增加，兩種冷卻方法的硬度不斷降低。這表明兩種冷卻方法都達(dá)到了硬化的目的。單介質(zhì)液冷卻可獲得較高的冷卻速度和均勻的小晶粒馬氏體組織，因此硬度略高于兩介質(zhì)冷卻方法。

圖中的硬度曲線也也可以看出，這兩種冷卻方法的轉(zhuǎn)子內(nèi)外硬度相似。這表明兩者都是*淬透的工件。當(dāng)轉(zhuǎn)子*淬透時(shí)，轉(zhuǎn)子的中心和表面都得到了馬氏體。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子淬火時(shí)，表面冷卻更快，馬氏體首先發(fā)生變化。當(dāng)轉(zhuǎn)子表面的馬氏體轉(zhuǎn)變完成時(shí)，中心位置發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變。但馬氏體比容大，最終組織應(yīng)力在表面形成拉應(yīng)力，心臟形成壓應(yīng)力。當(dāng)表面的切向拉應(yīng)力大于軸向拉應(yīng)力，超過(guò)鋼的斷裂抗力時(shí)，形成淬火縱向裂紋。這就是為什么單介質(zhì)冷卻產(chǎn)生裂紋的原因。

采用多介質(zhì)淬火冷卻，采用空冷-介質(zhì)冷-空冷法。轉(zhuǎn)子冷卻初期采用預(yù)冷（空冷），冷卻速度慢，奧氏體和過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲畸變；介質(zhì)冷卻過(guò)程快速冷卻至Ms點(diǎn)以下，避免珠光體轉(zhuǎn)化；在最終空冷過(guò)程中，由于冷卻速度慢，可以緩解馬氏體積膨脹引起的應(yīng)力。因此，多介質(zhì)冷卻轉(zhuǎn)子不易產(chǎn)生裂紋。

多介質(zhì)冷卻轉(zhuǎn)子樣品的力學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表所示。可以看出，雙介質(zhì)冷卻可以實(shí)現(xiàn)。JBT2006容積式壓縮機(jī)20Cr13轉(zhuǎn)子要求。這20Cr13轉(zhuǎn)子調(diào)質(zhì)工藝已應(yīng)用于鍛軋廠的生產(chǎn)實(shí)踐中。

多介質(zhì)冷卻得到的淬火組織略厚，硬度略低。高溫回火后，晶粒與單介質(zhì)冷卻得到基本相同。多介質(zhì)冷卻得到的調(diào)質(zhì)轉(zhuǎn)子機(jī)械指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JBT6908-2006的要求。鍛軋廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)多介質(zhì)冷卻，多介質(zhì)冷卻有效解決Cr陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子淬火縱向裂紋。