馬氏體耐熱鋼組織結(jié)構(gòu)分析 

1 常規(guī)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(zhuǎn)變 C 曲線(xiàn)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(tài)下空冷至室溫時(shí)，避免了 A→P（B）的高中溫轉(zhuǎn)變，而是直接在 Ms 點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

常規(guī)馬氏體耐熱鋼即電廠(chǎng)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(hào)有：1Cr5Mo 、1Cr13、2Cr13、SA213-T9、1Cr9Mo1(X12CrMo91)、1Cr9Mo2(HCM9M)、F11（X20CrMoWV121）、F12（X20CrMoV121） 、HT-7、HT-9等其強(qiáng)化機(jī)理以固溶強(qiáng)化、碳化物相的沉淀強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化為主，材料的使用溫度一般不大于560℃，它們基本能滿(mǎn)足亞臨界以下機(jī)組的（高壓和超高壓機(jī)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(yīng)用可以追溯到上世紀(jì)70 年代。那時(shí)我國(guó)已成立了汽輪機(jī)鍋爐研究所（即現(xiàn)在的上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所），針對(duì)高壓機(jī)組用材，他們引領(lǐng)著我國(guó)廣大材料工作者展開(kāi)了大規(guī)模的科研工作。幾十年以來(lái)，我國(guó)在引進(jìn)蘇聯(lián)材料并進(jìn)行復(fù)核工作的同時(shí)，還根據(jù)國(guó)內(nèi)資源特點(diǎn)，先后研究試制并生產(chǎn)出了高壓發(fā)電機(jī)組使用的全套材料，并迅速掌握了生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)。其中包括 12Cr3MoVSiTiB、12Cr2MoWVTiB、п11、102 鋼12MoVWBSiXt和無(wú)鉻 8 號(hào)等具有世界水平的無(wú)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(qiáng)鋼；為生產(chǎn)高壓發(fā)電機(jī)組提供了材料保證。

自 1975 年以后,低碳微合金化設(shè)計(jì)思想，由于其節(jié)能和節(jié)省資源,并能利用新的煉鋼技術(shù)使低碳微合金化鋼種具有高強(qiáng)度和高韌塑性等優(yōu)異的綜合性能，因而得到了飛速發(fā)展。近十幾年來(lái),電力、石油、化工、汽車(chē)、造船等行業(yè)又對(duì)材料提出了更為苛刻的強(qiáng)韌性及焊接性能等要求，而隨著冶金工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，高純凈冶煉、控軋控冷加工、熱處理等工藝的進(jìn)一步發(fā)展，生產(chǎn)多種強(qiáng)化機(jī)制結(jié)合（板條馬氏體強(qiáng)化、界面強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、顆粒彌散沉淀強(qiáng)化與固溶強(qiáng)化的復(fù)合）的新型馬氏體耐熱鋼已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，這些新型耐熱綱將必然替代老鋼種，為人類(lèi)造福。 現(xiàn)代冶煉技術(shù)顯著降低了鋼中各種雜質(zhì)的濃度,加入的微合金化元素通過(guò)細(xì)化晶粒、改變相變動(dòng)力學(xué)、借助于過(guò)飽和狀態(tài)的脫溶及時(shí)效過(guò)程,可改變傳統(tǒng)的加工和熱處理方式,使鋼的強(qiáng)度、韌性、工藝性和物理化學(xué)性能得到良好的匹配,從而能大幅度地調(diào)整材料的性能，還使這些鋼的焊接性要求也能得到相應(yīng)的滿(mǎn)足。以T91、P91鋼為例，這種鋼材除了固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化外，還通過(guò)微合金化，控軋、形變熱處理及控冷獲得高密度位錯(cuò)和高度細(xì)化的晶粒， 在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下獲得回火馬氏體， 這種鋼由于降低了C、S 和 P等雜質(zhì)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(lèi)似于低碳馬氏體結(jié)構(gòu)，其基體組織仍為鐵素體，但所不同的是板條狀馬氏體晶內(nèi)，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(cuò)網(wǎng)絡(luò)；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(nèi)析出,多呈短條形。高溫回火熱處理之后，其正常組織為細(xì)的回火板條馬氏體,馬氏體板條在高溫回火時(shí)并不發(fā)生板條解體的再結(jié)晶，而是僅僅發(fā)生高溫回復(fù)轉(zhuǎn)變。 

3 馬氏體的形態(tài)和分類(lèi)   

　　馬氏體的形態(tài)可分為板條狀馬氏體和針片狀馬氏體兩大類(lèi)。 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(jié)構(gòu)（更為精細(xì)的亞晶粒結(jié)構(gòu)）主要是由高密度纏結(jié)的位錯(cuò)所組成，固又稱(chēng)為位錯(cuò)馬氏體。金相形態(tài)的特點(diǎn)是每一個(gè)馬氏體單元呈細(xì)長(zhǎng)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(gòu)成一個(gè)個(gè)馬氏體群（束） ，同一個(gè)馬氏體群內(nèi)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(xiàn)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(gè)奧氏體晶內(nèi)，先形成的片馬氏體貫穿整個(gè)奧氏體晶粒，并將其分為兩半，使后來(lái)形成的馬氏體長(zhǎng)度受到限制，先后形成的馬氏體片的尺寸相差懸殊，越來(lái)越小，馬氏體周?chē)偦蚨嗷蛏俚卮嬖谥稽c(diǎn)殘留奧氏體。片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由很多平行的細(xì)小孿晶所組成，故又稱(chēng)其為孿晶馬氏體。 馬氏體的其它形態(tài)還有蝴蝶狀馬氏體、箭狀馬氏體等，但不常見(jiàn)。 

4 馬氏體相變過(guò)程和在回火過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變 

　　鋼中馬氏體轉(zhuǎn)變是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，淬火時(shí)過(guò)冷奧氏體在 Ms 點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)原子的擴(kuò)散能力很微弱，因此馬氏體轉(zhuǎn)變屬于無(wú)擴(kuò)散（切變）型轉(zhuǎn)變，其產(chǎn)物必然是不穩(wěn)定的。加上它是一種很硬而脆的相，所以只有經(jīng)過(guò)回火才能使其成為我們所希望的高硬度高強(qiáng)度而不易脆斷的組織。 

　　　所謂回火就是將淬火時(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的鋼加熱到低于 Ac1 的某一溫度，保溫一定的時(shí)間以后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的熱處理過(guò)程。其目的減小鋼的內(nèi)應(yīng)力，降低硬脆性，提高塑性和韌性以及組織穩(wěn)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(shí)發(fā)生一系列轉(zhuǎn)變，鋼的性能也因此大大改變?；鼗疬^(guò)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(fù)與再結(jié)晶。
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