１ ０ ２鋼（１ ２ Ｃ ｒ ２ＭｏＷＶＴ ｉ Ｂ 鋼） 是我國２ ０世紀(jì)６ ０年代自行研制成功的一種低碳低合金多組元強(qiáng)化的新型貝氏體熱強(qiáng)鋼，它具有良好的高溫性能、較好的抗氧化性能和高溫?zé)岱€(wěn)定性能，是優(yōu)良的再熱器和過熱器管用材。 １ ０ ２鋼管材的原始組織具有多種組織形態(tài)，基本包括三種類型：① 晶粒較粗大、晶內(nèi)貝氏體取向明顯的回火貝氏體組織，這是推薦的標(biāo)準(zhǔn)組織， 以下簡稱粗大組織；② 晶粒細(xì)小、貝氏體取向不明顯的組織，這是由于熱處理淬火溫度不夠高造成的低淬透組織，以下簡稱細(xì)小組織；③ 晶粒度差別較大的混晶組織，以下簡稱混晶組織。 在實際使用過程中后兩類組織形態(tài)所占的比例很大，其中細(xì)小組織更普遍，其組織老化速度，短時室溫及高溫強(qiáng)度指標(biāo)以及持久強(qiáng)度指標(biāo)。 以上三種組織形態(tài)均為正常組織形態(tài)，混晶組織是由于原始材料的不均勻或熱處理不當(dāng)造成的。
在對１ ０ ２鋼的日常檢驗工作中，金相檢驗和室溫力學(xué)性能試驗是較簡單和快捷的方式。 對于１ ０ ２鋼的組織老化評定沒有專門的評級標(biāo)準(zhǔn)，僅能參照
ＤＬ ／ Ｔ８ ８ ４－２ ０ ０ ４《 火電廠金相檢驗與評定技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定的非珠光體鋼的組織老化評定進(jìn)行老化評級；抗拉強(qiáng)度測試依據(jù) ＧＢ５ ３ １ ０－２ ０ ０ ８ 《 高壓鍋爐用無縫鋼管》，標(biāo)準(zhǔn)要求１ ０ ２鋼的抗拉強(qiáng)度為５ ４ ０～７ ３ ５Ｎ ／ｍｍ ２，硬度測試依據(jù) ＤＬ ／ Ｔ４ ３ ８－２ ０ ０ ９《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》，標(biāo)準(zhǔn)要求１ ０ ２鋼的硬度為１ ５ ０～２ ２ ０ＨＢ。關(guān)于１ ０ ２鋼的組織和性能許多學(xué)者已進(jìn)行了研究，但關(guān)于１ ０ ２鋼在實際使用過程中其組織形態(tài)的變化與室溫力學(xué)性能的關(guān)系研究的報道較少。因此筆者收集了典型的１ ０ ２鋼正常和老化組織形態(tài)的試樣，分別對其進(jìn)行金相、室溫拉伸和硬度試驗，研究不同組織形態(tài)與室溫力學(xué)性能的關(guān)系，希望能給１０２鋼的日常檢驗工作提供一些借鑒。
試樣制備與試驗方法
選取某電廠若干組１ ０ ２鋼原材料以及１ ０ ２鋼的受熱面割管試樣，分別制備正常組織形態(tài)的試樣和老化組織形態(tài)的試樣。 割管試樣的運(yùn)行溫度約
５ ５ ０℃，運(yùn)行時間約１×１ ０ ５ｈ。
橫向截取若干段長約３ ０ｍｍ 的管樣，經(jīng)粗磨、細(xì)磨、拋光和體積分?jǐn)?shù)為４％的硝酸酒精溶液侵蝕后，在Ｚ Ｅ Ｉ Ｓ ＳＡ ｘ ｉ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ４ ０ＭＡＴ光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察；縱向截取長約３ ０ ０ｍｍ、寬約１ ０ｍｍ的非標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在 ＷＥ ３ ０液壓材料試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗；取金相觀察后的試樣在 ＨＷ１ ８ ７．５型布洛維硬度計上進(jìn)行硬度檢驗。
試驗前已用光譜儀對試驗材料進(jìn)行了材質(zhì)復(fù)核，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 為０．０ ８％～０．１ ５％Ｃ，０ ． ４ ５％～０．６ ５％Ｍｎ，０．４ ５％～０．７ ５％Ｓ ｉ ，１．６ ０％～２．１ ０％Ｃ ｒ ，０．５ ０％～０．６ ５％Ｍｏ，０．２ ８％～０．４ ２％Ｖ，０．０ ８％～０．１ ８％Ｔ ｉ ，≤０．０ ０ ８％Ｂ，０．３ ０％～０．５ ５％Ｗ，≤０． ０ ３ ５％Ｓ和≤０． ０ ３ ５％Ｐ，符合 ＧＢ５ ３ １ ０－２ ０ ０ ８對１ ０ ２鋼的要求。
試驗結(jié)果
1、三種正常組織形態(tài)的１ ０ ２鋼的室溫力學(xué)性能試驗
１．１ 粗大組織
觀察若干組試樣的顯微組織，選取有代表性的粗大組織的顯微形貌見圖１，可見貝氏體位向明顯，晶粒粗大。 對應(yīng)這種組織形態(tài)的試樣的抗拉強(qiáng)度均
在６ ５ ０Ｎ ／ｍｍ ２ 以上，硬度偏向標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的１ ５ ０～２ ２ ０ＨＢ的上限，在１ ９ ０ＨＢ以上。
１．２ 細(xì)小組織
細(xì)小組織的顯微形貌見圖２，可見晶粒細(xì)小、貝氏體取向不明顯。 對應(yīng)這種組織形態(tài)的試樣的抗拉強(qiáng)度均在６ ５ ０Ｎ ／ｍｍ ２ 左右，硬度偏向標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的
１ ５ ０～２ ２ ０ＨＢ的上限，約在（２ ０ ０±１ ０） ＨＢ。
１．３ 混晶組織
混晶組織的顯微形貌見圖３，可見圖中晶粒的晶粒度差別較大。 對應(yīng)這種組織形態(tài)的試樣的抗拉強(qiáng)度均在６ ２ ０Ｎ ／ｍｍ ２ 以上，硬度偏向標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的
１ ５ ０～２ ２ ０ＨＢ的上限，約為２ ０ ０ＨＢ。
以上三類典型組織均為１ ０ ２鋼的正常組織形態(tài)，對應(yīng)試樣的室溫抗拉強(qiáng)度均處在較高水平，硬度均偏向標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的１ ５ ０～２ ２ ０ＨＢ的上限。
２、老化組織形態(tài)的１ ０ ２鋼的室溫力學(xué)性能試驗
２．１ 老化的粗大組織
選取兩個具有老化粗大組織的試樣觀察其顯微形貌，見圖４和５。依據(jù)ＤＬ ／ Ｔ８ ８ ４－２ ０ ０ ４對圖４和５所示的組織形態(tài)進(jìn)行老化評級，圖４評為２級，圖５評為４級。兩試樣的室溫抗拉強(qiáng)度分別約為６ ３ ０和５ ８ ０Ｎ ／ｍｍ ２。 與原始材料的組織相比，老化２級的貝氏體組織的晶界碳化物開始聚集，晶內(nèi)碳化物開始析出
并有少量聚集；老化４級的貝氏體組織的晶界碳化物明顯長大并呈現(xiàn)鏈狀，晶內(nèi)碳化物有明顯的聚集長大。 通過硬度檢驗可知，具有圖４所示組織的試樣的硬度約在１ ９ ０ＨＢ左右，具有圖５所示組織的試樣的硬度約在１ ６ ０ＨＢ左右。 ＤＬ ／ Ｔ８ ８ ４－２ ０ ０ ４對組織的老化級別共分為５級，當(dāng)組織老化級別達(dá)到５級時，組織已嚴(yán)重老化，貝氏體組織形態(tài)*消失，其力學(xué)性能也將低于標(biāo)準(zhǔn)下限。
２．２ 老化的細(xì)小組織
選取兩個具有老化細(xì)小組織的試樣觀察其顯微形貌，見圖６和７。依據(jù)ＤＬ ／ Ｔ８ ８ ４－２ ０ ０ ４，圖６所示組織的老化級別評為２級，圖７所示組織的老化級別評為４級。兩試樣的室溫抗拉強(qiáng)度分別為６ １ ０和５ ８ ０Ｎ ／ｍｍ ２。與原始材料的組織相比，老化２級的貝氏體組織的晶界碳化物開始少量聚集；老化４級的貝氏體組織的晶界處聚集了大量球化組織并呈現(xiàn)鏈狀，晶內(nèi)碳化物有明顯的聚集長大。 通過硬度檢驗，具有圖６所示組織的試樣的硬度約在１ ９ ０ＨＢ左右，具有圖７所示組織的試樣的硬度約在１ ５ ５ＨＢ左右。
分析與討論
１ ０ ２鋼調(diào)質(zhì)處理后的顯微組織為回火貝氏體，其基本相為鐵素體和碳化物（ＭＣ，Ｍ ７Ｃ ３ 和 Ｍ ２ ３Ｃ ６）兩相組織，均勻彌散分布的 ＭＣ 相起主要強(qiáng)化作
用。 在長期使用過程中，組織結(jié)構(gòu)的變化主要表現(xiàn)在碳化物類型的轉(zhuǎn)變和碳化物的聚集長大，同時造成α固溶體中鉬和鎢等元素的逐步貧化。 在長期服役后，其組織形態(tài)的變化主要表現(xiàn)為晶界上碳化物的聚集和長大以及晶內(nèi)碳化物的析出和聚集。１ ０ ２鋼嚴(yán)重老化后其組織的變化特點(diǎn)主要有，Ｍ ２ ３Ｃ ６ 和 Ｍ ６Ｃ碳化物相對含量提高，它們在晶內(nèi)和晶界上能聚集長大至４～５μｍ，貝氏體取向基本消失，晶界碳化物呈鏈狀分布使晶界弱化，Ｍ ６Ｃ中合金元素主要是鉬和鎢，其含量增多標(biāo)志著固溶強(qiáng)度下降。 晶內(nèi)起彌散強(qiáng)化作用的 ＭＣ碳化物抗高溫時效長大能力較強(qiáng)，有長大趨勢，但不顯著，使鋼晶粒本身強(qiáng)度維持在一定水平上。 在長期高溫下鉻和鉬等固溶強(qiáng)化元素都不斷地脫溶，向碳化物轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致碳化物中合金元素逐漸增多；固溶體中的合金元素都會由于碳化物或金屬間化合物的析出而導(dǎo)致貧化，引起組織不穩(wěn)定，從而影響鋼的熱強(qiáng)性。
正常１ ０ ２鋼的三種組織形態(tài)的試樣的室溫抗拉強(qiáng)度和硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，室溫抗拉強(qiáng)度處在較高水平上，硬度均偏向標(biāo)準(zhǔn)上限。 晶內(nèi)碳化物的析出、聚集和晶界碳化物的球化、聚集及長大越嚴(yán)重，老化級別越高，對應(yīng)的室溫抗拉強(qiáng)度和硬度越低。１ ０ ２鋼組織老化達(dá)到２級時，其抗拉強(qiáng)度和硬度比正常組織的略低，當(dāng)老化達(dá)到４級時室溫抗拉強(qiáng)度和硬度也均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但已接近標(biāo)準(zhǔn)下限。
結(jié)論
（１） 正常１ ０ ２鋼的組織形態(tài)呈多樣性，大致包括三種典型的組織形態(tài)：① 晶粒較粗大、晶內(nèi)貝氏體取向明顯的回火貝氏體組織；② 晶粒細(xì)小、貝氏體取向不明顯的組織；③ 晶粒度差別較大的混晶組織。 具有正常組織形態(tài)的試樣的室溫抗拉強(qiáng)度均處在較高水平上，硬度偏向 ＤＬ ／ Ｔ４ ３ ８－２ ０ ０ ９規(guī)定的１ ５ ０～２ ２ ０ＨＢ的上限。
（２） 具備同類組織形態(tài)的１ ０ ２鋼試樣的老化級別越高，室溫抗拉強(qiáng)度和硬度越低，組織老化達(dá)到４級時，室溫抗拉強(qiáng)度和硬度已接近標(biāo)準(zhǔn)下限。
（資料來源于-趙永峰， 許江曉， 李世濤（河南電力試驗研究院，鄭州４ ５ ０ ０ ５ ２））
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