馬氏體耐熱鋼組織結構分析 

1 常規馬氏體耐熱鋼 

馬氏體耐熱鋼是由于在鋼中加入了含量較多的能將等溫轉變 C 曲線向右推移的合金元素，使得臨界冷卻速度低于空冷速度（正火冷卻速度） ，鋼在奧氏體狀態下空冷至室溫時，避免了 A→P（B）的高中溫轉變，而是直接在 Ms 點以下轉變為馬氏體。

常規馬氏體耐熱鋼即電廠早期使用的馬氏體鋼以 Cr13、9Cr-Mo、9Gr-1Mo-V 等系列為主，典型的鋼號有：1Cr5Mo 、1Cr13、2Cr13、SA213-T9、1Cr9Mo1(X12CrMo91)、1Cr9Mo2(HCM9M)、F11（X20CrMoWV121）、F12（X20CrMoV121） 、HT-7、HT-9等其強化機理以固溶強化、碳化物相的沉淀強化和晶界強化為主，材料的使用溫度一般不大于560℃，它們基本能滿足亞臨界以下機組的（高壓和超高壓機組）鍋爐用鋼材的需求。 

2 新型馬氏體耐熱鋼 

新型馬氏體耐熱鋼研究和應用可以追溯到上世紀70 年代。那時我國已成立了汽輪機鍋爐研究所（即現在的上海發電設備成套設計研究所），針對高壓機組用材，他們引領著我國廣大材料工作者展開了大規模的科研工作。幾十年以來，我國在引進蘇聯材料并進行復核工作的同時，還根據國內資源特點，先后研究試制并生產出了高壓發電機組使用的全套材料，并迅速掌握了生產與應用技術。其中包括 12Cr3MoVSiTiB、12Cr2MoWVTiB、п11、102 鋼12MoVWBSiXt和無鉻 8 號等具有世界水平的無鉻或少鉻的中低合金珠光體或貝氏體熱鋼以及一些馬氏體熱強鋼；為生產高壓發電機組提供了材料保證。

自 1975 年以后,低碳微合金化設計思想，由于其節能和節省資源,并能利用新的煉鋼技術使低碳微合金化鋼種具有高強度和高韌塑性等優異的綜合性能，因而得到了飛速發展。近十幾年來,電力、石油、化工、汽車、造船等行業又對材料提出了更為苛刻的強韌性及焊接性能等要求，而隨著冶金工業的技術進步，高純凈冶煉、控軋控冷加工、熱處理等工藝的進一步發展，生產多種強化機制結合（板條馬氏體強化、界面強化、位錯強化、顆粒彌散沉淀強化與固溶強化的復合）的新型馬氏體耐熱鋼已經得以實現，這些新型耐熱綱將必然替代老鋼種，為人類造福。 現代冶煉技術顯著降低了鋼中各種雜質的濃度,加入的微合金化元素通過細化晶粒、改變相變動力學、借助于過飽和狀態的脫溶及時效過程,可改變傳統的加工和熱處理方式,使鋼的強度、韌性、工藝性和物理化學性能得到良好的匹配,從而能大幅度地調整材料的性能，還使這些鋼的焊接性要求也能得到相應的滿足。以T91、P91鋼為例，這種鋼材除了固溶強化和沉淀強化外，還通過微合金化，控軋、形變熱處理及控冷獲得高密度位錯和高度細化的晶粒， 在調質狀態下獲得回火馬氏體， 這種鋼由于降低了C、S 和 P等雜質的含量，使焊接裂紋的敏感性明顯降低，焊接性得到提高。 

新型馬氏體耐熱鋼中的合金馬氏體，基本上類似于低碳馬氏體結構，其基體組織仍為鐵素體，但所不同的是板條狀馬氏體晶內，由于馬氏體相變形成了大量的亞晶并孕育了較為完整的位錯網絡；晶間和晶界彌散分布著合金碳化物，碳化物主要是 M23C6型和 MC型，碳化物粒子在板條界或板條內析出,多呈短條形。高溫回火熱處理之后，其正常組織為細的回火板條馬氏體,馬氏體板條在高溫回火時并不發生板條解體的再結晶，而是僅僅發生高溫回復轉變。 

3 馬氏體的形態和分類   

　　馬氏體的形態可分為板條狀馬氏體和針片狀馬氏體兩大類。 板條馬氏體一般形成于低碳鋼或中碳鋼中，又由于板條馬氏體的亞結構（更為精細的亞晶粒結構）主要是由高密度纏結的位錯所組成，固又稱為位錯馬氏體。金相形態的特點是每一個馬氏體單元呈細長的板條狀，這樣一些尺寸大致相同的馬氏體單元定向地相互平行地排列在一起，構成一個個馬氏體群（束） ，同一個馬氏體群內相鄰的板條基本上具有相同的位向，它們之間的界面一般為小角度晶界。

　　　片狀馬氏體一般出現在中、高碳鋼中，它的金相特征是呈針片狀或竹葉狀，中間較厚，兩端漸小。金相磨面顯示的為針狀或雙凸透鏡截面狀，相鄰的馬氏體片一般互不平行，成一定的角度。在一個奧氏體晶內，先形成的片馬氏體貫穿整個奧氏體晶粒，并將其分為兩半，使后來形成的馬氏體長度受到限制，先后形成的馬氏體片的尺寸相差懸殊，越來越小，馬氏體周圍總或多或少地存在著一點殘留奧氏體。片狀馬氏體的亞結構特點是由很多平行的細小孿晶所組成，故又稱其為孿晶馬氏體。 馬氏體的其它形態還有蝴蝶狀馬氏體、箭狀馬氏體等，但不常見。 

4 馬氏體相變過程和在回火過程中的組織轉變 

　　鋼中馬氏體轉變是一個復雜的過程，淬火時過冷奧氏體在 Ms 點以下轉變為馬氏體時原子的擴散能力很微弱，因此馬氏體轉變屬于無擴散（切變）型轉變，其產物必然是不穩定的。加上它是一種很硬而脆的相，所以只有經過回火才能使其成為我們所希望的高硬度高強度而不易脆斷的組織。 

　　　所謂回火就是將淬火時已經轉變為馬氏體的鋼加熱到低于 Ac1 的某一溫度，保溫一定的時間以后以適當的方式冷卻到室溫的熱處理過程。其目的減小鋼的內應力，降低硬脆性，提高塑性和韌性以及組織穩定性，獲得鋼所需要的綜合性能。馬氏體和殘留奧氏體在回火時發生一系列轉變，鋼的性能也因此大大改變。回火過程的變化包括：①馬氏體的分解；②碳化物的形成和變化；③殘留奧氏體的分解；④α相的回復與再結晶。
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