组织遗传对2.25Cr-1Mo-0.25V钢晶粒度的影响

2012-09-25陈海堤杨运民蒋新亮

大型铸锻件 2012年6期

李其陈海堤杨运民蒋新亮

(1.中国二重成都工程试验室，四川610052；2.中国二重铸锻钢事业部，四川618000)

2.25Cr-1Mo-0.25V钢主要用于煤加氢液化反应器，设计温度约为454～482℃，设计压力为20 MPa～30 MPa[1]。冷却速度在0.5℃/s～100℃/s范围内得到的组织均为贝氏体。冷却速度在0.03℃/s～0.5℃/s范围内得到的组织为贝氏体+先共析铁素体+珠光体的混合组织。冷却速度小于0.03℃/s时，得到先共析铁素体+珠光体组织[2]。该钢的锻造温度较高，锻造后工件的冷却速度介于0.03℃/s～0.5℃/s之间，组织为贝氏体+先共析铁素体+珠光体的混合组织。大量的实践表明，一定加热条件下粗大的贝氏体、马氏体组织具有较强的组织遗传性而引起粗晶、混晶[3]。因此在锻后热处理过程中必须消除组织遗传。根据钢的种类不同，消除组织遗传的方法很多，如：高温回火、奥氏体再结晶，退火转变、多次加热-冷却循环[4]。本文从消除组织遗传的角度出发，研究2.25Cr-1Mo-0.25V钢晶粒度随正火温度的变化规律和组织遗传对晶粒度的影响。

1 试验材料及方法

将试料加工成尺寸为25 mm×25 mm×25 mm的试样，进行以下试验：① 晶粒度随正火温度的变化规律。先观察试样的原始晶粒度，然后在800℃、850℃、900℃、950℃、1 000℃、1 050℃、1 100℃、1 150℃、1 200℃保温2 h后空冷，观察晶粒度；②组织遗传对2.25Cr-1Mo-0.25V钢晶粒度的影响。先获得具有部分马氏体组织的2个试样和不具有马氏体组织的2个试样，然后再将这些试样均切分为2个试样。具有部分马氏体组织的试样为M-a和 M-b，不具有马氏体组织的试样记为NM-a，NM-b。将切后的4个试样以一定加热速度加热至某温度后保温2 h，然后将M-a、NM-a两个试样炉冷后对比晶粒度，M-b、NM-b两个试样空冷后对比晶粒度。

2 试验结果

2.1 晶粒度随正火温度的变化规律

试样的原始晶粒度为6.5级。晶粒度随正火温度的变化规律见图1。从图1看到，当温度超过1 000℃后，晶粒尺寸急剧增大。

图1 2.25Cr-1Mo-0.25V钢晶粒度随正火温度的变化规律Figure 1 The variation rule of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel grain size along normalizing temperature

2.2 组织遗传对晶粒度的影响

具有部分马氏体组织的试样和不具有马氏体组织试样的组织对比见图2。从图2看到，具有部分马氏体组织的试样，马氏体组织区域晶粒粗大，而非马氏体区的晶粒细小。不具有马氏体组织的试样中，晶粒均细小。

将4个试样加热至某温度保温2 h后的晶粒对比见图3～图4。从图3看到，炉冷的试样(M-a，NM-a)的组织均为贝氏体+先共析铁素体+索氏体，但M-a试样中观察到粗大晶粒，形成混晶。NM-a试样贝氏体和铁素体晶粒均匀，未观察到粗大晶粒。从图4看到，空冷试样(M-b，NM-b)的组织均为贝氏体，M-b试样的晶粒度为混晶，NM-b试样中的晶粒均匀。

(a)部分马氏体试样(b)无马氏体试样图2 部分马氏体试样和无马氏体试样的金相照片(200×)Figure 2 The metallograph of partial martensite specimen and non martensite specimen(200×)

(a)M-a试样(b)NM-a试样图3 M-a、NM-a试样经某温度保温2 h后炉冷的金相照片(100×)Figure 3 The metallograph of M-a、NM-a specimens by holding for 2 h at some temperature andafter furnace cooling(100×)

(a)M-b试样(b)NM-b试样图4 M-b、NM-b试样经1 040℃保温2h后炉冷的金相照片(200×)Figure 4 The metallograph of M-b、NM-b specimens by holding for 2 h at 1 040℃ and after furnace cooling(200×)

3 分析与讨论

3.1 从图1看到，当温度低于1 000℃时，晶粒随保温温度的升高缓慢增大，当温度超过1 000℃时，晶粒度将急剧长大，这是由于在较低的奥氏体化温度下，钢中存在大量未熔的合金碳化物，对晶界有较强的钉扎作用，使奥氏体晶粒长大缓慢[5]。温度超过1 000℃后，碳化物熔解量增加，对晶界的钉扎作用减弱，在界面能的驱动下，大晶粒吞吃小晶粒，从而不断长大。

3.2 组织遗传产生的原因是由于过热(过热指加热温度超出临界点太多，引起奥氏体晶粒度的过度长大，在冷却过程中得到的马氏体或者贝氏体也十分粗大)引起粗大晶粒，再次正常加热后，奥氏体仍保留原来的粗大晶粒，甚至保持原来的取向和晶界[4]。从试验结果看，2.25Cr-1Mo-0.25V钢的组织中存在粗大的马氏体组织时，具有较强的组织遗传特性，在后续的热处理中，不论是炉冷还是空冷，粗大的马氏体晶粒均会被遗传，形成粗晶。