核电汽轮机用1Cr12Mo环锻件热处理工艺的探究

　　马氏体不锈钢作为核电汽轮机用环锻件的重要材料，其良好的强度、塑性和冲击韧度及较高的耐腐蚀性能和低 廉的价格，引起了人们广泛关注。1Cr12Mo钢是在1Cr13钢的基础上进行优化，增加了Mo的含量，使之形成一定数量的细小析出相(Mo的碳化物)，抑制粗大析出相(M23C6)的产生，从而使钢的基体中Cr含量增加，提高耐蚀性能[1-2]。

　　某公司试制1Cr12Mo环锻件4件，生产工艺为：下料→镦粗→冲孔→辗环→退火→淬火+高温回火。成品检测时，性能未达到标准。本文通过取样进行金相组织观察，对其失效原因进行了分析，并结合实验制定了合理的热处理工艺。

　　1 试件分析

　　1.1 化学成分的检测

　　用光谱仪测定出的化学成分如表1所示，符合GB/T1220-1992的规定。

　　1.2 力学性能检测

　　随机抽取两组环件进行性能检测，取样位置如图1所示。在室温下对试样做拉伸及冲击试验并检测硬度，结果如表2所示。由表2可知，锻件的抗拉强度、屈服强度、冲击功性能及硬度均远低于标准要求，而伸长率和收缩率高于标准要求。

　　1.3 金相组织分析

　　在断裂的试样上取样做金相分析，金相组织如图2所示。可看出，基体组织为较粗的保持马氏体位向的回火索氏体，并存在大量的连续状铁素体，测得锻件的晶粒度为4级。铁素体的硬度比马氏体的硬度低，而钢的强度一般随硬度增加而增加，铁素体的存在会降低抗拉强度和屈服强度。文献[3]表明，13Cr马氏体不锈钢中，铁素体的含量超过10%会导致冲击功下降50%以上。

　　2 热处理工艺的优化与试验

　　原调质工艺曲线如图3所示，淬火加热温度为990℃，回火加热温度为750℃。文献[4-6]表明1Cr12Mo钢开始形成奥氏体化温度约777℃，完全奥氏体化温度约897℃，当淬火温度较低时(<990℃)，1Cr12Mo钢中易形成大量连续状铁素体，这是由于奥氏体化温度过低，铁素体未能全部融入奥氏体中，且融入的铁素体未能均匀扩散，形成了富铁区，在随后的冷却过程中生成了铁素体。因此，淬火温度应高于990℃。1Cr12Mo钢在200～400℃回火时，组织为板条状回火马氏体，碳化物析出量随回火温度的升高而增加，但总析出量较少。当在400～550℃回火时，钢中组织依然呈板条状，合金碳化物大量析出，且颗粒较小，分布弥散。高于550℃回火时，钢中碳化物继续随温度的升高析出，且开始聚集、长大。其组织也从回火马氏体逐渐转变为保留原有马氏体板条形态的回火索氏体组织。当回火温度高于700℃时，马氏体逐渐分解为渗碳体和铁素体。当回火温度高于750℃时，大量的马氏体分解为渗碳体和铁素体，碳化物颗粒粗大，其强度硬度将明显降低。因此，回火温度应不高于750℃。