热处理对钢的组织与性能的影响

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1、热处理参数对钢性能和组织变化的影响锅炉管子的热处理锅炉设备中过热器管子、蒸汽导管等零部件在工业性生产中的热处理一般是正火+回火。正火温度和回火温度的选择主要是根据管子性能要求而决定的。实验[49]表明，为了获得良好的强度与韧性匹配，9Cr-1Mo类钢最佳热处理工艺参数为:1060℃lh正火+760℃1h回火。另外，需指出，随着钢的化学成分复杂化，钢管的正火温度有所提高。1-4-2.奥氏体化温度的影响热处理规范中奥氏体化温度对耐热钢性能有显著的影响。许多试验证明:随着奥氏体化温度提高，使耐热钢的热强性增加[’]。如1Cr-0.5Mo钢、M

2、o-V钢、12Cr1MoV钢和12Cr3Mo1VSiTiB等管子钢均随正火温度提高而使钢的持久强度增加。日本的藤田利夫等人[57,58]曾研究过淬火温度对数种1296Cr型钢持久强度的影响，也表明高的淬火温度通常具有高的持久强度;并认为，第二相粒子的大小、数量、形状和分布及晶粒大小是导致不同温度淬火后持久性能不同的主要原因。Ik-MinPark等[[59]对低Si-12Cr-Mo-V-Nb钢的研究表明:1100℃淬火，其1000小时断裂强度比1050℃淬火提高2^-3.5kgf/mm2，而蠕变延伸率略有下降，在550℃至700℃的蠕变温

3、度下，·下降了大约3^-5960材料的性能与材料内部的组织结构有着密切的关系。实验证明:提高奥氏体化温度可以引起a固溶体合金化程度增加、晶粒尺寸增大、回火或使用过程中碳化物在基体上析出数量的增加及金相组织改变等〔’〕。这些因素的改变对耐热钢的热强性有一定的影响。文献[[60〕曾考察了奥氏体化温度对20Cr11MoVNbNB钢的组织和性能的影响，提出了与上述一致的观点。下面简述与奥氏体化温度有关的一些因素:a.晶粒度一般地说，奥氏体化温度高，晶粒尺寸就大，同时影响固溶强化和析出硬化的合金元素的固溶量也多。因此，’‘对于利用固溶强化和析出硬

4、化的实际耐热钢来讲，既受晶粒大小的影响，也受合金元素固溶量的影响，一般认为后者的影响大，晶粒尺寸的影响，，J、〔110文献[[6i〕对Cr-Mo-V钢650℃持久强度的研究指出，持久强度随奥氏体晶粒尺寸增大而增加，但当奥氏体晶粒度超过6级(相当晶粒直径>50um)后，则持久强度开始下降或达到饱和值;看来，奥氏体晶粒度不仅对室温强度，而且对持久强度也有一个最佳范围。文献〔‘〕在总结了大量资料后指出，低合金耐热钢随着晶粒尺寸增大到某一范围时，钢的热强性提高，而持久塑性和冲击韧性降低，钢的缺口敏感性增加。在选择热处理规范时，从晶粒度角度应考虑

5、其良好的综合性能，对管子用钢希望晶粒度在3-6级范围内。b.未溶碳化物奥氏体化温度对钢性能的影响，其实质是通过随后的淬(正)火工艺，来影响钢的组织与结构。当奥氏体化温度偏低时，存在许多沿原奥氏体晶界(少数在晶内)分布的较粗大未溶碳化物。因这些颗粒与基体金属的热胀系数不同，所以在急冷时，在这些粒子的周围产生位错〔63,64)f，而析出物在这种原因引起的位错上优先析出。在回火过程中，随回火时间的延长及温度的提高，已析出的碳化物将聚集长大。K。Ho6ees。x，n[65,66]得出第二相在固溶体中的溶解度与第二相粒子的半径r有关:Ln全=~丝

6、纽CooRTp.r式中:Cr-第二相粒子半径为r时的溶解度C一第二相粒子半径为00时的溶解度M一第二相分子量P一第二相密度Y一单位面积界面能由上式可见，粒子半径r越小，溶解度Cr越大。粒子半径的大小差别越大，粒子周围基体的溶质浓度差也愈大，溶质原子的扩散越快，从而加速了粒子的粗化，使第二相粒子的强化作用下降。所以，奥氏体化温度低时，持久强度低。C、s铁素体试验[[67.68]表明，当奥氏体化温度(淬火温度)低或保温时间短时，基体中由于第二相溶解不充分及C,N扩散不充分，存在低C,N区，淬火时，出现s铁素体，降低了钢的高温性能。文献[[6

7、9]认为低、中碳合金钢的强度和塑性基本上取决于铁素体的含量，而与铁素体的形状、大小及分布关系较小。当铁素体含量增加时，钢的强度下降，塑性也有降低的趋势。文献[[70]研究了含W,Mo,V的两种12%Cr型钢，认为6铁素体存在及其内部碳化物的析出和长大降低了钢的强度、韧性及持久塑性。文献[[71]也有相同的论述，认为s铁素体对钢在高温下工作是有害的，常常产生严重的脆性。1-4-3.回火温度的影响回火温度对钢管的机械性能和高温持久强度的影响同样起着重要作用。回火主要目的是使固溶体中析出细而弥散的碳化物相起沉淀强化作用，使合金元素在a固溶体和

8、碳化物之间合理分配，使合金元素在钢中进一步发挥有益作用。文献[[49)指出，9Cr-1Mo类钢，随回火参数的提高，延伸率和断面收缩率得到改善。文献〔‘，指出，回火温度对耐热钢持久强度的影响，目前尚无统一规律