針對1Cr12Mo耐熱鋼調質熱處理后晶粒粗大的問題進行晶粒細化熱處理工藝的研究。提出了多種晶粒細化熱處理工藝方法，并對其處理結果進行比較。指出該材料最佳的晶粒細化熱處理工藝是：兩次亞溫淬火＋高溫回火工藝。1前言       晶粒度是大型鑄鍛件的一個重要驗收指標。晶粒粗大不僅使大型鍛件性能惡劣、壽命降低，而且使其在超聲波探傷時出現草狀波，聲波信號迅速衰減，底波消失，以致無法通過超聲波探傷對工件內部質量情況作出判斷。為了全面提高大型鑄鍛件的性能水平、降低鋼的脆性轉變溫度、改善其超聲波探傷性能，必須使其晶粒細化和均勻。對于大多數由碳素鋼或合金元素較少（鋼的過冷奧氏體穩定性較差）的鋼種制成的大型鑄鍛件來說，可對其實施退火、正火和調質處理，通過由α-Fe至γ-Fe和γ-Fe至α-Fe的相變重結晶即可使鍛件內部的粗大晶粒得到細化。但是對于含Cr等合金元素較多的高淬透鋼（如26Cr2Ni4MoV、34CrNi3Mo、20CrNi4、18Cr2Ni4Ｗ 等）來說，由于鍛件冷卻得到的往往是非平衡組織（貝氏體或馬氏體），而且在重新加熱通過臨界區時又不可能獲得較快的加熱速度，便為粗大的原始晶粒恢復與遺傳造成了比較充分的條件。所以對于由高淬透性鋼制成的大型鍛件，為了比較地改造和細化十分粗大的不均勻的原始奧氏體晶粒組織，往往需要采用比較復雜、費時的熱處理工藝。我公司在生產1Cr12CrMo材料噴嘴組時，其熱處理后晶粒粗大現象極為普遍，嚴重影響了產品質量；為此我們對如何細化晶粒進行了研究。21Cr12Mo鋼噴嘴組的生產工藝及熱處理性能結果    公司投產了兩爐1Cr12CrMo鋼噴嘴組，具體化學成分見表1，1Cr12CrMo鋼噴嘴組具體尺寸見圖1，力學性能要求見表2，生產工序如下：煉鋼-鍛造-鍛后熱處理-粗加工-超聲波探傷-力學性能熱處理-力學性能試驗。該鋼在我公司熱處理后發現晶粒度過大，檢驗不合格。具體力學性能熱處理工藝參數見圖2、圖3。力學性能檢驗果見表3、表4。

      據有關資料，大型鑄鍛件晶粒粗大主要由于：① 原始尺寸巨大，結晶過程緩慢，因而鑄造組織異常粗大。② 鍛造周期長，加熱次數多，而且鍛比小,變形分布不均勻。③ 加熱速度很慢，在高溫區停留時間很長；④ 無鍛比加熱現象的存在；⑤ 某些重要大鍛件用鋼的組織遺傳（structuralinheritance）傾向十分強烈等原因,往往在鍛造之后,內部晶粒十分粗大而且不均勻。我們分析1Cr12Mo鋼噴嘴組調質熱處理后晶粒粗大主要因為以上幾點原因造成的。    由表3、4顯示,兩爐1Cr12Mo鋼噴嘴組無論經正火還是調質處理,其力學性能都能滿足圖紙技術要求,只是調質后強度和韌性指標高出正火處理許多,但晶粒度不理想。隨后又熱處理了幾組件,也存在類似問題。為找到最佳的晶粒細化工藝參數,我們投了4組試料進行晶粒細化熱處理試驗。3晶粒細化熱處理試驗      考慮到鍛件晶粒粗大可能是受鍛造時高溫過熱的影響,我們先對第1組試樣進行高溫退火＋調質熱處理,對第2組試樣進行調質熱處理。退火的目的是調整和改善大型鍛件在鍛造過程中形成的過熱和粗大組織,降低鍛件內部化學成分與金相組織的不均勻性,細化奧氏體晶粒。具體工藝參數見圖4。試驗結果見表5。

      由表5數據可知看高溫退火對工件細化晶粒的效果不明顯,說明高溫退火解決不了1Cr12Mo鋼噴嘴組晶粒粗大問題。       資料表明，鍛件加熱時影響奧氏體晶粒大小的因素比較多,其中加熱溫度與保溫時間起著決定性的作用。加熱溫度越高、保溫時間越長、晶粒越粗大,同時鋼的化學成分、原始組織及升溫時的加熱速度等,均對鋼的晶粒度大小有影響。為此我們制定了5組熱處理工藝參數,見圖5中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ圖。把試樣分為4組（化學成分見表6）,分別執行正火＋淬火＋高溫回火、正火＋亞溫淬火＋高溫回火、正火＋兩次亞溫淬火＋高溫回火、兩次亞溫淬火＋高溫回火熱處理工藝。

3.1　正火＋淬火＋高溫回火     第1組件執行Ａ、Ｂ、Ｅ工藝?即高溫正火＋淬火＋高溫回火。該工藝為晶粒細化通用的熱處理工藝,第一次正火加熱到奧氏體化溫度,保溫一段時間后快冷到珠光體轉變區以獲得均勻的珠光體組織；第二次淬火加熱溫度選用Ac3＋(30～50）℃,這樣既保證充分奧氏體化,又保持奧氏體晶粒的細小。若加熱到遠高于Ac3溫度淬火，則奧氏體晶粒會顯著粗大。淬火后獲得淬火馬氏體組織,經回火后獲得噴嘴組要求的力學性能。第一次正火溫度比第二次淬火溫度至少高20℃,否則晶粒細化效果不理想。噴嘴組經上述工藝處理后結果力學性能檢驗結果見表7。     表7顯示,噴嘴組經高溫正火＋淬火＋高溫回火后強度、塑韌性變化不大,晶粒得到細化。3.2　高溫正火＋亞溫淬火＋高溫回火    第2組件執行Ａ、Ｃ、Ｅ工藝?即高溫正火＋亞溫淬火＋高溫回火。第一次正火加熱到奧氏體化溫度?保溫一段時間后快冷到珠光體轉變區以獲得均勻的珠光體組織。亞溫淬火工藝方法主要是通過提高材料屈強比和沖擊韌性來發揮結構鋼性能的潛力。亞溫淬火時因出現細小而均勻分布的鐵素體,可抑制可逆回火脆性。ak值與回火溫度成正比例增加,與常規淬火工藝相比,在獲得相等硬度的情況下具有更高韌性,且可抑制應力集中并阻礙裂紋萌生及擴展。亞溫淬火組織中存在未溶鐵素體,使奧氏體中碳和合金元素含量增加,淬火后存在少量穩定的殘余奧氏體,亦可阻止裂紋的萌生與擴展。亞溫淬火可降低有害雜質元素在奧氏體晶界偏聚,起到凈化晶界作用。亞共析鋼淬火加熱溫度選擇低于Ac3的溫度,此時鋼尚未奧氏體化，存在有部分未轉變的鐵素體,淬火后鐵素體仍保留在淬火組織中,所以在同一溫度回火條件下,亞溫淬火后的硬度、強度指標較正常溫度淬火略低。具體檢驗結果見表8。     將表8與表7進行對比可知,噴嘴組經高溫正火＋亞溫淬火＋高溫回火工藝處理后,比經高溫正火＋淬火＋高溫回火處理后強度有所下降,而韌性得到了明顯提高,晶粒細化效果也不錯。3.3　高溫正火＋兩次亞溫淬火＋高溫回火      第3組件執行Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ工藝,即高溫正火＋兩次亞溫淬火＋高溫回火。此方案的目的主要是了解多次亞溫淬火對工件力學性能和晶粒度的影響,想經兩次亞溫淬火后獲得更為細小的晶粒組織。處理后的力學性能檢驗結果見表9。      將表9與表8進行對比可知,與之前的工藝相比,噴嘴組經高溫＋兩次亞溫淬火＋高溫回火工藝處理后,其強度、塑韌性指標基本不變,晶粒細化效果提高也不大。3.4　兩次亞溫淬火＋高溫回火    第4組件執行Ｃ、Ｄ、Ｅ工藝曲線,即兩次亞溫淬火＋高溫回火。此方案的目的主要是了解工件不經過高溫正火,直接進行兩次亞溫淬火對工件力學性能和晶粒度的影響。處理后的力學性能檢驗結果見表10。    由表10、表9、表8所示的結果可知,噴嘴組經兩次亞溫淬火＋高溫回火工藝處理后與之前的工藝相比,其強度、塑韌性指標基本不變,晶粒細化效果相當。4結論    通過以上試驗可知,噴嘴組經過上述4種熱處理工藝處理后,其力學性能、晶粒細化效果相當。但從生產周期及能源消耗方面看,高溫正火＋兩次亞溫淬火＋高溫回火熱處理周期最長,能源消耗最大；兩次高溫正火＋高溫回火次之；高溫正火＋亞溫淬火＋高溫回火和兩次亞溫淬火＋高溫回火工藝能源消耗最少。考慮到噴嘴組鍛后已進行了正火＋高溫回火處理,所以最終我們選用了兩次亞溫淬火＋高溫回火工藝。實際生產顯示,該工藝方案效果良好,經濟實用。