合金碳化物与214Cr 1Mo钢的韧化机制

1、2、3。合金碳化物与2 14Cr-1Mo钢的韧化机制摘 要 用相分析手段研究了 2 1/4Cr-1Mo钢回火过程中合金碳化物类型、含 量、分布等与韧性的关系，并对其韧化机制进行了探讨。关键词 2 1/4Cr-1Mo钢 回火 合金碳化物 韧性ALLOY CARBIDES AND TOUGHENING MECHANISMOF 2 1/4Cr-1Mo STEELLIU Zhe ngdo ng ZHANG Gua ngzho ng WU Gua ngdaSHEN Yun hua YANG Xiaozho ng WU P eizhi(Ce ntral Iron and Steel Research In

2、 stitute)ABSTRACT In this paper， the relati on betwee n the type, qua ntity and distributi on of alloy carbides precip itated duri ng tempering and tough ness of 2 1/4Cr-1Mo steel is studied, and the toughe ning mecha nism of2 1/4Cr-1Mo steel is discussed.KEY WORDS 2 1/4Cr-1Mo steel,te mp eri ng, al

3、loy carbide, tough ness2 1/4Cr-1Mo钢是一种典型的低合金热强钢，几十年来已成功地应用于石 化、电站等领域。然而由于2 1/4Cr-1Mo钢在回火时会发生一系列合金碳化物 的析出与溶解，故阻碍了该钢的使用性能。为此，本文旨在研究2 1/4Cr-1Mo钢回火过程中析出的合金碳化物对该钢韧性的阻碍，同时对其阻碍韧性的机制 进行了探讨。1试验材料与方法试验用钢在抚顺钢厂30 t VHD炉中冶炼，在舞阳钢铁公司轧成 92 mm厚 板，试板化学成分(): 0.12 C，0.08 Si，0.45 Mn, 0.009 P， 0.002 S，2.26Cr，1.03 Mo，0.00

4、8 Sn ， 0.004 Sb，0.015 As，0.10 Ni，0.07 Cu(J =(Si+Mn)(P+Sn) x 10= 90.1 %，卞=(10P+5Sb+4Sn+As)x102= 15.55 x 10 6)。于试板T/4处取样坯，按表1制度进行热处理。按照 GB210 80标准进行韧性指标测试，用相分析方法鉴定合金碳化物。2试验结果在不同回火参数下，试验用钢的韧性指标变化见图1,合金碳化物的析出类型和相对含量以及合金碳化物中合金元素的相对含量分别列于表表1热处理制度Table 1 Heat treatme nt p arameters热处理 工艺编号加热温 度/c保温时1间/h回火参

5、数(T P)1)冷却方式程控热模 拟炉号编号NbCM(CN)+MCMG+MbG总的碳化物含量0.01350.0570.07050.02820.4100.5290.96720.02370.02480.3340.2940.6351.0810.99271.3998正火G9303Vc= 100 C /min , 800400 CCHK-01A600618140入炉温度：CHK-09B650619180427 C；升温C690620010速度：56 C /h :D6901220300降温速度：E690242059028 C /h回火F7308522000注：1)TP = T(20+lgt)，其中，T为回

6、火温度/K; t为回火时刻/h 。表2合金碳化物的相对含量%Table 2 The guantities of alloy carbides %表3合金碳化物中合金元素的相对含量%Table 3 The quantities of alloy elements in alloy carbides %M(CN)+MCMG+M3C3编号NiFeMoCrMnNi1 FeMoCrMnG痕0.0190.0340.0030.001B痕0.0860.2360.0810.007痕0.2790.0320.2020.016D痕0.0370.2340.0590.004痕0.3190.0440.2530.019F痕0

7、.0530.200 .0.0370.004痕0.562.0.1100.3840.025同时温3可知，B点0.032 %M23C6 开图1回火参数对2 1/4Cr-1Mo钢韧性的阻碍Fig.1 Effect of tempering p arameters on the tough ness of 2 1/4Cr-1Mo steel3分析与讨论3.1合金碳化物试验用钢回火前正火组织为完全粒状贝氏体组织1。从表3知，回火过程中析出的碳化物中所含的合金元素要紧有 Fe、Mo Cr、Mn Ni等，其中镍的 含量为痕量，锰的含量相对也专门少，因此回火碳化物中所含的要紧合金元素 为 Fe、Cr、Mo通过对

8、该钢回火过程中合金碳化物的析出顺序及与回火参数的关系进行 研究，表明合金碳化物的沉淀顺序为 M(CN)TM6CTM7C3, Cr7GTM23G, 度到B点时M(CN)已完全溶解，而M3G的析出则在D点之后。结合表 M2(CN)和MC中钼含量远高于铬和铁含量，均为富钼型碳化物。在温度从 到D点过程中，MC3中的铬含量从0.202 %变化到0.253 %，钼含量从 变化到0.044 %，由此可见MG为富铬型碳化物。温度越过 D点之后， 始沉淀，从D点到F点 过程中，MG+M3G中铬含量从0.253 %增加到0.384 %，而钼含量的最高值为 0.110 %，故M3G也是富铬型碳化物。在 MG和M2

9、3C6中铁元素的富集量超过了 铬元素的富集量。3.2合金碳化物对2 1/4Cr-1Mo钢的韧性的阻碍2 1/4Cr-1Mo钢粒状贝氏体组织回火时，随回火参数增加，韧性指标先升 后降，显现一个最佳韧性区(图1)。33)fla 132122TPiiKT*a X丿耶TT -J: .-4* J . .L 上4 -h kV .z f 心回火前，试验钢单一的粒状贝氏体组织中富碳的“孤岛”是不稳固的第二相，在回火时其发生分解，同时还相伴有碳化物的析出与溶解过程。在B点温度的回火组织中含有三种碳化物，即 M(CN)、M6C和MG,三者的总量约为 0.9672 %。现在碳化物的颗粒比较细小，平均地分布于铁素 体

10、晶粒内和晶界处(图2(a) 0可见回火参数从A点到B点的过程相当于高温回 火过程，在这一过程中具有较高内应力的正火组织中的“孤岛”状第二相分解 了，析出的碳化物颗粒比较细小，平均弥散分布在晶粒内或晶界处，因此从A到B过程中，值(冲击韧性)持续升高，而vTr54值(表示以54 J冲击功对应的 试验温度作为材料的脆性转变温度)持续降低，钢的韧性得到改善。回火参数从B点到D点时，碳化物总量从0.9672 %变化到0.9927 %，变 化量不大，但在这段过 程中，富钼的M(CN)和MC含量在持续减少而富铬的 MC3含量却在持续增加。 在D点时碳化物的类型要紧为 MC和MC3,它们的颗粒较细小，平均地分

11、布于 固溶体基体的晶粒内和晶界处图(2(b)。对比图2(a)和2(b)，发觉两者在形 状和分布上差别不大，因此在 B到D的过程中A值和vTr54值变化比较平缓， 同时A值较高，vTr54值较低。-T 贞片，-A，.：、-： r-广.丄 d :-，-七”八 Tr .- - 3-:. J : -* F ft.t.7 J / 亠、.一-；t -. f /”： * .- ! 1 - 勒, f 图2 回火合金碳化物(vc= 100 C /min)Fig.2 Tempering alloy carbides (k= 100 C /min)(a)TP= 19180; (b)TP = 20300; (c)TP

12、 = 22000回火参数从D点到F点时，碳化物总量从0.9927 %增加到1.3998 %。在 这段回火参数范畴内，富钼的M6C连续溶解，富铬的MG向更稳固的富铬碳化物M23C6转变。富铬的M3C6 是经充分回火后形成的较稳固的碳化物。在F点，球化的碳化物颗粒粗大，同时多集合在固溶体的晶界处(图2(C)，因此从D到F的过程中，A值持续下降，vTr54值持续上升，韧性变差。 综上分析认为2 1/4Cr-1Mo钢回火过程中钢韧性的变化与回火组织中碳化 物类型、含量和分布关系专门大，为获得具有良好韧性的回火组织，必须选择 合适的回火参数范畴。3.32 1/4Cr-1Mo钢的回火脆化动力学2 1/4C

13、r-1Mo钢在回火过程中存在一个最佳的韧性区，即回火参数在 B点 和D点之间时，vTr54值存在一个低谷。回火脆化是淬火/正火钢回火经常见的编号碳化物固溶体碳化物 中的铬中的铬中的钼固溶体中的钼固溶体中的 Cr/MoEGHBCDrr0.0032.2570.0340.283 11.9770.312 11.9480.2680.2780.4211.8390.3100.9960.7620.7520.7202.2662.5942.5902.5540.310 %而固溶体中钼的含量则为 0.720 % Cr/Mo降2 1/4Cr-1Mo钢回火过程中产生最佳韧性区对应于固溶 %0.762 % 固溶体中Cr/M

14、o为2.590左右。本研究的现象，长期以来人们对回火脆性的成因已提出了多种讲明刀。McMahon3等人用扫描俄歇探针(SAM)手段研究了 2 1/4Cr-1Mo钢中磷、锡等元素在晶界处偏 聚对该钢韧脆转变温度的阻碍，磷等元素在晶界处的偏聚加剧了该钢的脆性。 普遍认为钢中加钼能够抑制回火脆性，本试验表明固溶体中钼的含量有一个理 想值，约为0.7加右，钼过量反而会强化脆性。McMahon3，4对钼的作用机制 及高钼效应的缘故做了较全面的研究。其研究结果表明钼可能与磷形成Mo-P化合物，削弱磷的偏聚从而抑制了脆化。但由于钼与碳之间较强的相互作用， 因此固溶体中的钼含量与回火过程中形成的合金碳化物的类

15、型及含量关系专 门大。表4 铬、钼在碳化物和固溶体中的含量%Table 4 The content of Cr and Mo in carbides and solid soluti on%由表4可知，回火前由于奥氏体化后沉淀的碳化物含量专门少，因此固溶 体中Cr/Mo约为2.25(2.266)。当回火参数在B到D之间时，合金碳化物要紧 为富钼的MC和富铬的MG，MC在持续减少，MG在逐步增加。在此区间，固 溶体中钼含量为0.752 %0.762 % 固溶体中Cr/Mo为2.5902.594。而在F 点，合金碳化物要紧为富铬的 MG和M3C6，因此固溶体中铬的含量较少。由于 现在碳化物中仍有约

16、1/5的富钼型MC存在，另外MG和M3C6中都含钼，因此 碳化物中钼的含量仍为为 2.554。由以上试验可知， 体中钼的含量为0.752最佳的固溶体中钼含量超过了 0.7 %，这可能与试验条件如热处理过程等因素 有关。此外，认为固溶体中Cr/Mo是一个值得注意的指标。因为钼能吸取磷， 阻止其偏聚；而铬的作用是强化磷的偏聚，同时Cr-Mo复合时铬对不同类型的碳化物的组成和分布有专门复杂的阻碍，因此须使铬、钼含量坚持在一个恰当 的比例才能得到最佳的使用性能。4结论(1) 2 1/4Cr-1Mo 钢粒状贝氏体组织回火参数为 18140到22000时，共析 出四种合金碳化物，其中 M(CN)和MC为富钼型碳化物，MG和M3C6为富铬型 碳化物。(2)该钢回火过程中韧性的变化与合金碳化物的类型、含量和分布关系专 门大。(3)回火参数从19180到20300为该钢的最佳韧性区，在该区的回火组织固溶体中，钼含量为 0.752 %0.762 % , Cr/Mo为2.5902.594。参考文献1刘正东，吴光大，张光中 .2 1/4Cr-1Mo 钢热