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供应马氏体耐热钢|马氏体耐热钢组织结构分析

马氏体耐热钢出厂状态、相关参数和注意事项
马氏体耐热钢组织结构分析 
 
1 常规马氏体耐热钢 
 
马氏体耐热钢是由于在钢中加入了含量较多的能将等温转变 C 曲线向右推移的合金元素,使得临界冷却速度低于空冷速度(正火冷却速度) ,钢在奥氏体状态下空冷至室温时,避免了 A→P(B)的高中温转变,而是直接在 Ms 点以下转变为马氏体。
 
常规马氏体耐热钢即电厂早期使用的马氏体钢以 Cr13、9Cr-Mo、9Gr-1Mo-V 等系列为主,典型的钢号有:1Cr5Mo 、1Cr13、2Cr13、SA213-T9、1Cr9Mo1(X12CrMo91)、1Cr9Mo2(HCM9M)、F11(X20CrMoWV121)、F12(X20CrMoV121) 、HT-7、HT-9等其强化机理以固溶强化、碳化物相的沉淀强化和晶界强化为主,材料的使用温度一般不大于560℃,它们基本能满足亚临界以下机组的(高压和超高压机组)锅炉用钢材的需求。 
 
2 新型马氏体耐热钢 
 
新型马氏体耐热钢研究和应用可以追溯到上世纪70 年代。那时我国已成立了汽轮机锅炉研究所(即现在的上海发电设备成套设计研究所),针对高压机组用材,他们引领着我国广大材料工作者展开了大规模的科研工作。几十年以来,我国在引进苏联材料并进行复核工作的同时,还根据国内资源特点,先后研究试制并生产出了高压发电机组使用的全套材料,并迅速掌握了生产与应用技术。其中包括 12Cr3MoVSiTiB、12Cr2MoWVTiB、п11、102 钢12MoVWBSiXt和无铬 8 号等具有世界水平的无铬或少铬的中低合金珠光体或贝氏体热钢以及一些马氏体热强钢;为生产高压发电机组提供了材料保证。
 
自 1975 年以后,低碳微合金化设计思想,由于其节能和节省资源,并能利用新的炼钢技术使低碳微合金化钢种具有高强度和高韧塑性等优异的综合性能,因而得到了飞速发展。近十几年来,电力、石油、化工、汽车、造船等行业又对材料提出了更为苛刻的强韧性及焊接性能等要求,而随着冶金工业的技术进步,高纯净冶炼、控轧控冷加工、热处理等工艺的进一步发展,生产多种强化机制结合(板条马氏体强化、界面强化、位错强化、颗粒弥散沉淀强化与固溶强化的复合)的新型马氏体耐热钢已经得以实现,这些新型耐热纲将必然替代老钢种,为人类造福。 现代冶炼技术显著降低了钢中各种杂质的浓度,加入的微合金化元素通过细化晶粒、改变相变动力学、借助于过饱和状态的脱溶及时效过程,可改变传统的加工和热处理方式,使钢的强度、韧性、工艺性和物理化学性能得到良好的匹配,从而能大幅度地调整材料的性能,还使这些钢的焊接性要求也能得到相应的满足。以T91、P91钢为例,这种钢材除了固溶强化和沉淀强化外,还通过微合金化,控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化的晶粒, 在调质状态下获得回火马氏体, 这种钢由于降低了C、S 和 P等杂质的含量,使焊接裂纹的敏感性明显降低,焊接性得到提高。 
 
新型马氏体耐热钢中的合金马氏体,基本上类似于低碳马氏体结构,其基体组织仍为铁素体,但所不同的是板条状马氏体晶内,由于马氏体相变形成了大量的亚晶并孕育了较为完整的位错网络;晶间和晶界弥散分布着合金碳化物,碳化物主要是 M23C6型和 MC型,碳化物粒子在板条界或板条内析出,多呈短条形。高温回火热处理之后,其正常组织为细的回火板条马氏体,马氏体板条在高温回火时并不发生板条解体的再结晶,而是仅仅发生高温回复转变。 
 
3 马氏体的形态和分类   
 
  马氏体的形态可分为板条状马氏体和针片状马氏体两大类。 板条马氏体一般形成于低碳钢或中碳钢中,又由于板条马氏体的亚结构(更为精细的亚晶粒结构)主要是由高密度缠结的位错所组成,固又称为位错马氏体。金相形态的特点是每一个马氏体单元呈细长的板条状,这样一些尺寸大致相同的马氏体单元定向地相互平行地排列在一起,构成一个个马氏体群(束) ,同一个马氏体群内相邻的板条基本上具有相同的位向,它们之间的界面一般为小角度晶界。
 
   片状马氏体一般出现在中、高碳钢中,它的金相特征是呈针片状或竹叶状,中间较厚,两端渐小。金相磨面显示的为针状或双凸透镜截面状,相邻的马氏体片一般互不平行,成一定的角度。在一个奥氏体晶内,先形成的片马氏体贯穿整个奥氏体晶粒,并将其分为两半,使后来形成的马氏体长度受到限制,先后形成的马氏体片的尺寸相差悬殊,越来越小,马氏体周围总或多或少地存在着一点残留奥氏体。片状马氏体的亚结构特点是由很多平行的细小孪晶所组成,故又称其为孪晶马氏体。 马氏体的其它形态还有蝴蝶状马氏体、箭状马氏体等,但不常见。 
 
4 马氏体相变过程和在回火过程中的组织转变 
 
  钢中马氏体转变是一个复杂的过程,淬火时过冷奥氏体在 Ms 点以下转变为马氏体时原子的扩散能力很微弱,因此马氏体转变属于无扩散(切变)型转变,其产物必然是不稳定的。加上它是一种很硬而脆的相,所以只有经过回火才能使其成为我们所希望的高硬度高强度而不易脆断的组织。 
 
   所谓回火就是将淬火时已经转变为马氏体的钢加热到低于 Ac1 的某一温度,保温一定的时间以后以适当的方式冷却到室温的热处理过程。其目的减小钢的内应力,降低硬脆性,提高塑性和韧性以及组织稳定性,获得钢所需要的综合性能。马氏体和残留奥氏体在回火时发生一系列转变,钢的性能也因此大大改变。回火过程的变化包括:①马氏体的分解;②碳化物的形成和变化;③残留奥氏体的分解;④α相的回复与再结晶。
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