組織遺傳對2.25Cr-1Mo-0.25V鋼晶粒度的影響

李 其 陳海堤 楊運民 蔣新亮

(1.中國二重成都工程試驗室，四川610052；2.中國二重鑄鍛鋼事業部，四川618000)

2.25Cr-1Mo-0.25V鋼主要用于煤加氫液化反應器，設計溫度約為454～482℃，設計壓力為20 MPa～30 MPa[1]。冷卻速度在0.5℃/s～100℃/s范圍內得到的組織均為貝氏體。冷卻速度在0.03℃/s～0.5℃/s范圍內得到的組織為貝氏體+先共析鐵素體+珠光體的混合組織。冷卻速度小于0.03℃/s時，得到先共析鐵素體+珠光體組織[2]。該鋼的鍛造溫度較高，鍛造后工件的冷卻速度介于0.03℃/s～0.5℃/s之間，組織為貝氏體+先共析鐵素體+珠光體的混合組織。大量的實踐表明，一定加熱條件下粗大的貝氏體、馬氏體組織具有較強的組織遺傳性而引起粗晶、混晶[3]。因此在鍛后熱處理過程中必須消除組織遺傳。根據鋼的種類不同，消除組織遺傳的方法很多，如：高溫回火、奧氏體再結晶，退火轉變、多次加熱-冷卻循環[4]。本文從消除組織遺傳的角度出發，研究2.25Cr-1Mo-0.25V鋼晶粒度隨正火溫度的變化規律和組織遺傳對晶粒度的影響。

1 試驗材料及方法

將試料加工成尺寸為25 mm×25 mm×25 mm的試樣，進行以下試驗：① 晶粒度隨正火溫度的變化規律。先觀察試樣的原始晶粒度，然后在800℃、850℃、900℃、950℃、1 000℃、1 050℃、1 100℃、1 150℃、1 200℃保溫2 h后空冷，觀察晶粒度；②組織遺傳對2.25Cr-1Mo-0.25V鋼晶粒度的影響。先獲得具有部分馬氏體組織的2個試樣和不具有馬氏體組織的2個試樣，然后再將這些試樣均切分為2個試樣。具有部分馬氏體組織的試樣為M-a和 M-b，不具有馬氏體組織的試樣記為NM-a，NM-b。將切后的4個試樣以一定加熱速度加熱至某溫度后保溫2 h，然后將M-a、NM-a兩個試樣爐冷后對比晶粒度，M-b、NM-b兩個試樣空冷后對比晶粒度。

2 試驗結果

2.1 晶粒度隨正火溫度的變化規律

試樣的原始晶粒度為6.5級。晶粒度隨正火溫度的變化規律見圖1。從圖1看到，當溫度超過1 000℃后，晶粒尺寸急劇增大。

圖1 2.25Cr-1Mo-0.25V鋼晶粒度隨正火溫度的變化規律Figure 1 The variation rule of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel grain size along normalizing temperature

2.2 組織遺傳對晶粒度的影響

具有部分馬氏體組織的試樣和不具有馬氏體組織試樣的組織對比見圖2。從圖2看到，具有部分馬氏體組織的試樣，馬氏體組織區域晶粒粗大，而非馬氏體區的晶粒細小。不具有馬氏體組織的試樣中，晶粒均細小。

將4個試樣加熱至某溫度保溫2 h后的晶粒對比見圖3～圖4。從圖3看到，爐冷的試樣(M-a，NM-a)的組織均為貝氏體+先共析鐵素體+索氏體，但M-a試樣中觀察到粗大晶粒，形成混晶。NM-a試樣貝氏體和鐵素體晶粒均勻，未觀察到粗大晶粒。從圖4看到，空冷試樣(M-b，NM-b)的組織均為貝氏體，M-b試樣的晶粒度為混晶，NM-b試樣中的晶粒均勻。

(a)部分馬氏體試樣(b)無馬氏體試樣圖2 部分馬氏體試樣和無馬氏體試樣的金相照片(200×)Figure 2 The metallograph of partial martensite specimen and non martensite specimen(200×)

(a)M-a試樣(b)NM-a試樣圖3 M-a、NM-a試樣經某溫度保溫2 h后爐冷的金相照片(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試樣(b)NM-b試樣圖4 M-b、NM-b試樣經1 040℃保溫2h后爐冷的金相照片(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 分析與討論

3.1 從圖1看到，當溫度低于1 000℃時，晶粒隨保溫溫度的升高緩慢增大，當溫度超過1 000℃時，晶粒度將急劇長大，這是由于在較低的奧氏體化溫度下，鋼中存在大量未熔的合金碳化物，對晶界有較強的釘扎作用，使奧氏體晶粒長大緩慢[5]。溫度超過1 000℃后，碳化物熔解量增加，對晶界的釘扎作用減弱，在界面能的驅動下，大晶粒吞吃小晶粒，從而不斷長大。

3.2 組織遺傳產生的原因是由于過熱(過熱指加熱溫度超出臨界點太多，引起奧氏體晶粒度的過度長大，在冷卻過程中得到的馬氏體或者貝氏體也十分粗大)引起粗大晶粒，再次正常加熱后，奧氏體仍保留原來的粗大晶粒，甚至保持原來的取向和晶界[4]。從試驗結果看，2.25Cr-1Mo-0.25V鋼的組織中存在粗大的馬氏體組織時，具有較強的組織遺傳特性，在后續的熱處理中，不論是爐冷還是空冷，粗大的馬氏體晶粒均會被遺傳，形成粗晶。

4 結論

(1)2.25Cr-1Mo-0.25V鋼的晶粒度在溫度超過1 000℃時將急劇增大。

(2)2.25Cr-1Mo-0.25V鋼組織遺傳是產生粗晶的原因之一。

[1] 張文輝，等. 2.25Cr-1Mo-0.25V 鋼鍛件的研制[J].壓力容器， 2001，18(9)，增刊：42-43.

[2] 郭建. 2.25Cr-1Mo-0.25V鋼鍛件的研制[D].燕山大學，2004.

[3] 鄭世安. 鋼的組織遺傳現象[J].洛陽工業學院學報.1988(02):61-62.

[4] 胡光立，謝希文. 鋼的熱處理[M].西安：西北工業大學出版社，1996.

[5] 周維海，等.2.25Cr-1Mo-0.25V鋼的晶粒長大規律[J].金屬熱處理， 2005，30(11)：36-37.