與傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼相比，9%~12%Cr鋼具有更低的熱膨脹系數(shù)、更高的導(dǎo)熱率和抗熱疲勞性能，廣泛應(yīng)用于石油化工、火力發(fā)電及核工業(yè)領(lǐng)域。9%Cr-1%Mo鋼（如T91/P91）因添加Nb、V等元素，抗蠕變性能進(jìn)一步提升，但用于大鍛件生產(chǎn)時(shí)易出現(xiàn)晶粒粗大或混晶缺陷，導(dǎo)致沖擊性能波動(dòng)。對此，本文通過系列熱處理試驗(yàn)，探究改善9%Cr鐵素體耐熱鋼晶粒組織的最優(yōu)工藝。
PART.1實(shí)驗(yàn)材料與方法
研究人員采用鍛件水口余料改制試板（1000mm×550mm×350mm），經(jīng)1050℃水冷淬火，760℃回火空冷及模擬760℃保溫4h空冷消應(yīng)力熱處理后，在表層、T/4及T/2處取樣檢測（見表1、表2）。
PART.2沖擊性能不合分析
2.1 沖擊斷口形貌
合格試樣（2、7）斷口有明顯纖維區(qū)，存在大量韌窩，為韌性斷裂；不合格試樣（5、6）斷口齊平，呈河流花樣，為解理脆性斷裂（見圖1）。
2.2 顯微組織
合格試樣（1、2）為細(xì)小等軸晶粒，不合格試樣（5、6）為粗大馬氏體板條組織（見圖2）。
晶粒度檢測顯示：合格試樣晶粒度約7級，不合格試樣為2~3級，部分6.5級（見圖3）。晶粒粗大或混晶是沖擊性能不合格的主因。
PART.3晶粒改善研究
3.1 試驗(yàn)方案
研究人員采用6種熱處理試驗(yàn)方案，重點(diǎn)分析晶粒細(xì)化效果。
方案1 一次正火：1050 ℃×2 h—空冷；
方案2 兩次正火：1050 ℃×2 h— 空冷＋1020 ℃×2 h—空冷；
方案3 一次退火：1050 ℃×2 h—爐冷；
方案4 兩次退火：1050 ℃×2 h— 爐冷＋1020 ℃×2 h—爐冷；
方案5 一次退火＋一次正火：1050 ℃×2h—爐冷＋1020℃×2h—空冷；
方案6 等溫退火：1050 ℃×2h 完全奧氏體化，2h降溫至730℃，分別保溫12 h、24 h、72 h后空冷。
3.2 晶粒細(xì)化結(jié)果
（1）兩次正火后晶粒度達(dá)9.5級（少量7級），但均勻性較差。
（2）兩次退火后形成馬氏體（3.5級） +珠光體（8.5級） 混晶，改善效果有限。
（3）退火+正火后晶粒度9.0級（部分3.5級），混晶明顯。
（4）730 ℃×12 h等溫退火后完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體/碳化物組織，晶粒尺寸20~30 μm，均勻性優(yōu)異（見圖4）。
PART.4結(jié)論
（1）9%Cr鐵素體耐熱鋼沖擊性能不合格源于晶粒粗大或混晶，不合格試樣晶粒度2~3級，合格試樣約7級。
（2）兩次正火可細(xì)化晶粒至9.5級但均勻性差；兩次退火易形成混晶；730℃等溫退火12 h可獲得均勻細(xì)小的鐵素體/碳化物組織，是最優(yōu)工藝。
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