二次熱循環(huán)對2.25Cr1Mo鋼組織的影響

胡傳順， 秦 華， 馬喜龍， 朱 健

（1.遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧撫順113001；2.撫順市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，遼寧撫順113006）

2.25 Cr1Mo鋼屬于低合金耐熱鋼，因其良好的抗氫蝕性能，廣泛應(yīng)用于石油石化等行業(yè)中，用來制造壓力容器和加氫反應(yīng)器等設(shè)備［1－2］。由于該鋼的工作環(huán)境處于高溫（475℃）、高壓、與氫接觸，服役條件十分惡劣，故要求其具有良好的力學(xué)性能［3－4］。盡管人們對2.25Cr1Mo鋼的研究從未停止過，并且伴隨冶煉技術(shù)的不斷提高，它的純潔性、勻質(zhì)性、抗氫性和綜合機(jī)械性能都在不斷的得到改善和提高，但它仍然滿足不了某些場合的需要［5］。因此，為了使2.25Cr1Mo鋼獲得良好的力學(xué)性能，研究熱處理、焊接熱循環(huán)等熱作用對材料組織和性能的影響是這種鋼制造和使用中的重要方面［6－8］。由于原材料化學(xué)成分的不同或加工歷程的差別，即使同種鋼材，其臨界轉(zhuǎn)變溫度也存在差異［9－10］。而且，這種鋼在制造過程中通常需要經(jīng)過鍛造、焊接及熱處理，而多次熱作用對這種鋼組織影響的研究報導(dǎo)很少。為此，本文通過制定二次熱循環(huán)曲線，實驗研究二次熱循環(huán)對2.2 5Cr 1Mo鋼組織的影響，為2.25Cr1Mo鋼的工程應(yīng)用提供有益的借鑒。

1 試驗材料和方法

試樣從試料上截取，試料出廠狀態(tài)為調(diào)質(zhì)。對該鋼材的化學(xué)成分采用化學(xué)法進(jìn)行化驗，主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：w（C）0.14，w（Si）0.26，w（Mn）0.48，w（P）0.018，w（S）0.010，w（Cr）2.14，w（Mo）0.86，w（V）0.01，余量為Fe。

試樣加工成φ5mm×1mm，經(jīng)粗磨、細(xì)磨和拋光后，在高純氬氣保護(hù)下，在高溫LSCM中對試樣施加預(yù)定二次熱循環(huán)，如圖1所示。從圖1中看出，試樣設(shè)計熱循環(huán)曲線：第一次熱循環(huán)的加熱速度2 000℃／min，1 400℃的停留時間1s，冷卻速度600℃／min，冷卻到200℃停留3s后開始第二次熱循環(huán)；第二次熱循環(huán)的加熱速度2 000℃／min，980℃的停留時間100s，冷卻速度600℃／min。試樣實際所受的熱循環(huán)作用，在開始升溫后，與設(shè)計曲線保持一致，超過1 000℃后，加熱速率略有降低，且峰值溫度最高僅達(dá)到1 350.7℃，停留時間1s，在1 350℃以上的停留時間為2.7s，1 200℃以上的停留時間近35s。隨后冷卻過程中，雖未使溫度降至200℃，但已降至400℃后開始第二次熱循環(huán)。第二次熱循環(huán)達(dá)到980℃后，由于加熱速度快，試樣所經(jīng)受的最高加熱溫度，在試樣升溫過程中仍繼續(xù)短時升溫，最高達(dá)到1 017℃，但時間很短僅為4.5 s。第二次熱循環(huán)直至冷卻到500℃，熱循環(huán)基本與設(shè)計熱循環(huán)曲線一致，500℃以下冷卻速度變緩。試樣經(jīng)受熱作用后制成金相樣品，采用體積分?jǐn)?shù)為4%硝酸酒精溶液腐蝕，在掃描電子顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察和EDS能譜分析。

Fig.1 Temperature history of 2.25Cr1Mo steel圖1 2.25Cr1Mo鋼熱作用溫度歷程

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM分析

經(jīng)過二次熱循環(huán)作用后的試樣鑲嵌后制備成SEM分析樣品，SEM觀察分析結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，經(jīng)二次熱循環(huán)作用后，獲得貝氏體組織。從圖2a，b看出，試樣雖然經(jīng)受二次熱循環(huán)作用后，組織為貝氏體，但仍可見原奧氏體晶界，晶粒粗大；由圖2c看出，在原奧氏體晶界內(nèi)生長的組織取向不同，由圖2d看出，第二相清晰可見，主要在晶內(nèi)析出，分布更為均勻。由于第一次熱循環(huán)峰值溫度高，高達(dá)1 350℃，因此，試樣經(jīng)第一次峰值溫度熱循環(huán)作用，晶粒粗化。由以上分析可知，經(jīng)第一次峰值溫度熱循環(huán)作用所形成的粗大奧氏體晶界，并未在第二次熱循環(huán)產(chǎn)生細(xì)化，仍然保持第一次熱循環(huán)所形成的粗大的原奧氏體晶界形態(tài)。

Fig.2 SEM images at different magnification圖2 不同放大倍數(shù)的SEM照片

2.2 能譜分析

對經(jīng)受熱循環(huán)作用后的試樣進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖3所示。從圖3中看出，所分析各位置的微區(qū)成分比較均勻，這說明試樣經(jīng)受第二次峰值溫度980℃、保持時間100s熱作用后，奧氏體均質(zhì)化進(jìn)行得比較充分。能譜分析顯示，微區(qū)成分以鐵元素為主，顆粒狀組織微區(qū)成分與基體相比，鉻元素含量增高，可推測顆粒狀組織形成了以Fe，Cr為主的第二相碳化物。

Fig.3 Results of EDS analyses圖3 EDS分析結(jié)果

3 結(jié)束語

（1）二次熱循環(huán)作用，獲得貝氏體組織，但經(jīng)第一次峰值溫度熱循環(huán)作用所形成的粗大原奧氏體晶界，并未在第二次熱循環(huán)作用下細(xì)化，仍然保持第一次熱循環(huán)所形成的粗大的原奧氏體晶界形態(tài)。

（2）試樣熱循環(huán)作用后的能譜分析結(jié)果表明，所分析位置的微區(qū)成分比較均勻，這說明試樣經(jīng)受第二次熱循環(huán)—峰值溫度980℃、保持時間100s熱作用后，奧氏體均質(zhì)化進(jìn)行得較為充分。微區(qū)成分以鐵元素為主，顆粒狀組織微區(qū)成分與基體相比，鉻元素含量增高，可推測顆粒狀組織形成了以Fe，Cr為主的第二相碳化物。

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