1Cr12Mo耐热钢正火温度对组织影响

在金属材料的热处理工艺中，正火作为一种基础且关键的热处理手段，广泛应用于各类合金钢的组织调控与性能优化。特别是在耐热钢领域，正火温度的设定直接影响材料的晶粒尺寸、相组成、析出行为以及最终的力学性能。1Cr12Mo钢作为一种典型的马氏体耐热钢，因其在高温环境下具备良好的抗氧化性、抗蠕变性能以及较高的强度，被广泛应用于汽轮机叶片、高温阀门、压气机盘等关键高温部件。其化学成分以铬（12%左右）和钼（约0.5%～1.0%）为主，辅以少量碳和微合金元素，形成了稳定的马氏体基体结构。然而，该钢种的组织均匀性与热强性在很大程度上取决于正火工艺参数，尤其是正火温度的选择。

正火温度是决定1Cr12Mo钢奥氏体化程度的核心因素。当加热温度低于Ac₃（完全奥氏体化温度）时，钢中的原始组织未能充分转变为奥氏体，导致后续冷却过程中形成混合组织，如未溶铁素体、残余马氏体与新生马氏体的共存。这种组织不均匀性不仅降低了材料的强度和韧性，还可能成为应力集中源，在高温服役过程中引发早期失效。实验研究表明，当正火温度设定在950℃以下时，1Cr12Mo钢中仍存在明显的带状铁素体分布，晶界处出现局部未溶碳化物，显著削弱了晶界强度。此外，低温正火还导致奥氏体晶粒细小但分布不均，冷却后马氏体转变不充分，形成大量板条马氏体与孪晶马氏体的混合结构，使材料硬度偏高但塑性下降。

随着正火温度逐步提升至980℃～1050℃区间，1Cr12Mo钢的奥氏体化过程趋于完全。在此温度范围内，碳化物充分溶解，合金元素如铬、钼在奥氏体中均匀分布，为后续冷却过程中的相变提供了良好的成分基础。金相观察显示，该温度区间正火后的组织以均匀细小的板条马氏体为主，晶粒尺寸适中（ASTM 7～9级），晶界清晰，无明显带状组织。这种组织结构不仅提升了材料的抗拉强度与屈服强度，还显著改善了冲击韧性。扫描电镜与透射电镜分析进一步表明，高温正火促进了M₂₃C₆型碳化物的析出，这些细小弥散的碳化物在晶界和板条界析出，起到钉扎位错和阻碍晶界滑移的作用，从而增强了材料的高温稳定性。

然而，当正火温度超过1080℃时，组织演变开始出现负面效应。奥氏体晶粒在高温下迅速长大，形成粗大的等轴晶结构。冷却后，粗大奥氏体转变为粗大马氏体板条束，导致材料内部出现较大的组织梯度，局部区域甚至出现自回火不完全的硬脆相。这种粗晶组织显著降低了材料的断裂韧性，尤其是在高温蠕变和热疲劳工况下，晶界成为裂纹萌生的主要区域。此外，高温正火还可能导致部分碳化物粗化并沿晶界聚集，形成连续的碳化物网，进一步削弱晶界结合力。实验数据显示，1080℃以上正火处理的试样在高温持久试验中，断裂时间明显缩短，断口形貌由韧性断裂向沿晶脆性断裂过渡。

值得注意的是，正火温度对1Cr12Mo钢中δ-铁素体的形成也有显著影响。在1050℃以下，δ-铁素体基本被溶解；而当温度超过1100℃时，由于铬当量较高，钢中可能局部出现高温δ-铁素体。这种脆性相在冷却过程中难以完全转变，残留于马氏体基体中，成为疲劳裂纹的扩展路径。因此，控制正火温度在1020℃～1060℃之间，既能保证充分奥氏体化，又能抑制晶粒过度长大和有害相析出，是获得理想组织的关键窗口。

综上所述，正火温度对1Cr12Mo耐热钢的组织演变具有决定性影响。合理的正火工艺应综合考虑奥氏体化程度、晶粒尺寸控制、碳化物析出行为及有害相抑制。实践表明，1020℃～1060℃的正火温度区间能够使1Cr12Mo钢获得均匀细小的马氏体组织，兼顾强度、韧性与高温稳定性，是保障其在高温工况下长期安全运行的重要工艺保障。未来，结合热模拟试验与相场模拟技术，有望进一步精细化正火温度窗口，为耐热钢的智能制造与性能定制化提供理论支撑。