二次热循环对2.25Cr1Mo钢组织的影响

胡传顺， 秦 华， 马喜龙， 朱 健

（1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001；2.抚顺市特种设备监督检验所，辽宁抚顺113006）

2.25 Cr1Mo钢属于低合金耐热钢，因其良好的抗氢蚀性能，广泛应用于石油石化等行业中，用来制造压力容器和加氢反应器等设备［1－2］。由于该钢的工作环境处于高温（475℃）、高压、与氢接触，服役条件十分恶劣，故要求其具有良好的力学性能［3－4］。尽管人们对2.25Cr1Mo钢的研究从未停止过，并且伴随冶炼技术的不断提高，它的纯洁性、匀质性、抗氢性和综合机械性能都在不断的得到改善和提高，但它仍然满足不了某些场合的需要［5］。因此，为了使2.25Cr1Mo钢获得良好的力学性能，研究热处理、焊接热循环等热作用对材料组织和性能的影响是这种钢制造和使用中的重要方面［6－8］。由于原材料化学成分的不同或加工历程的差别，即使同种钢材，其临界转变温度也存在差异［9－10］。而且，这种钢在制造过程中通常需要经过锻造、焊接及热处理，而多次热作用对这种钢组织影响的研究报导很少。为此，本文通过制定二次热循环曲线，实验研究二次热循环对2.2 5Cr 1Mo钢组织的影响，为2.25Cr1Mo钢的工程应用提供有益的借鉴。

1 试验材料和方法

试样从试料上截取，试料出厂状态为调质。对该钢材的化学成分采用化学法进行化验，主要化学成分（质量分数，%）为：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，余量为Fe。

试样加工成φ5mm×1mm，经粗磨、细磨和抛光后，在高纯氩气保护下，在高温LSCM中对试样施加预定二次热循环，如图1所示。从图1中看出，试样设计热循环曲线：第一次热循环的加热速度2 000℃／min，1 400℃的停留时间1s，冷却速度600℃／min，冷却到200℃停留3s后开始第二次热循环；第二次热循环的加热速度2 000℃／min，980℃的停留时间100s，冷却速度600℃／min。试样实际所受的热循环作用，在开始升温后，与设计曲线保持一致，超过1 000℃后，加热速率略有降低，且峰值温度最高仅达到1 350.7℃，停留时间1s，在1 350℃以上的停留时间为2.7s，1 200℃以上的停留时间近35s。随后冷却过程中，虽未使温度降至200℃，但已降至400℃后开始第二次热循环。第二次热循环达到980℃后，由于加热速度快，试样所经受的最高加热温度，在试样升温过程中仍继续短时升温，最高达到1 017℃，但时间很短仅为4.5 s。第二次热循环直至冷却到500℃，热循环基本与设计热循环曲线一致，500℃以下冷却速度变缓。试样经受热作用后制成金相样品，采用体积分数为4%硝酸酒精溶液腐蚀，在扫描电子显微镜上进行显微组织观察和EDS能谱分析。

Fig.1 Temperature history of 2.25Cr1Mo steel图1 2.25Cr1Mo钢热作用温度历程

2 结果与讨论

2.1 SEM分析

经过二次热循环作用后的试样镶嵌后制备成SEM分析样品，SEM观察分析结果如图2所示。

由图2可见，经二次热循环作用后，获得贝氏体组织。从图2a，b看出，试样虽然经受二次热循环作用后，组织为贝氏体，但仍可见原奥氏体晶界，晶粒粗大；由图2c看出，在原奥氏体晶界内生长的组织取向不同，由图2d看出，第二相清晰可见，主要在晶内析出，分布更为均匀。由于第一次热循环峰值温度高，高达1 350℃，因此，试样经第一次峰值温度热循环作用，晶粒粗化。由以上分析可知，经第一次峰值温度热循环作用所形成的粗大奥氏体晶界，并未在第二次热循环产生细化，仍然保持第一次热循环所形成的粗大的原奥氏体晶界形态。

Fig.2 SEM images at different magnification图2 不同放大倍数的SEM照片

2.2 能谱分析

对经受热循环作用后的试样进行能谱分析，结果如图3所示。从图3中看出，所分析各位置的微区成分比较均匀，这说明试样经受第二次峰值温度980℃、保持时间100s热作用后，奥氏体均质化进行得比较充分。能谱分析显示，微区成分以铁元素为主，颗粒状组织微区成分与基体相比，铬元素含量增高，可推测颗粒状组织形成了以Fe，Cr为主的第二相碳化物。

Fig.3 Results of EDS analyses图3 EDS分析结果

3 结束语

（1）二次热循环作用，获得贝氏体组织，但经第一次峰值温度热循环作用所形成的粗大原奥氏体晶界，并未在第二次热循环作用下细化，仍然保持第一次热循环所形成的粗大的原奥氏体晶界形态。

（2）试样热循环作用后的能谱分析结果表明，所分析位置的微区成分比较均匀，这说明试样经受第二次热循环—峰值温度980℃、保持时间100s热作用后，奥氏体均质化进行得较为充分。微区成分以铁元素为主，颗粒状组织微区成分与基体相比，铬元素含量增高，可推测颗粒状组织形成了以Fe，Cr为主的第二相碳化物。

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