摘 要：利用淬火热膨胀仪测定了P92钢的临界点和不同等温温度下的过冷奥氏体等温转变曲线；采用共聚焦显微镜、扫描电镜对不同等温温度下的转变组织进行观察及分析，得到P92钢的TTT图。结果表明：P92钢的TTT图中不只有高温时的珠光体转变区，还有Ms点附近的贝氏体转变区；珠光体组织为粒状、纤维状或四棱柱状，上贝氏体由片状贝氏体铁素体亚单元构成，下贝氏体组织为片状的贝氏体铁素体上分布着点状碳化物。

0 引 言

随着核电工业的发展以及超临界水、超超临界水的应用，对耐高温、高压锅炉管道材料的耐热性能提出了越来越高的要求，原有的P91铁素体耐热钢已经无法满足更高耐热性能的要求。近年来，在P91钢的基础上，利用钒、铌、氮和硼等元素微合金化，同时降低钼含量，增加钨含量，开发出了用于超超临界机组管道用新型铁素体耐热钢——P92钢[1-6](欧洲EN牌号为X10CrWMoVNb9-2)。与P91钢相比，该钢的综合性能有很大提升，具有更高的高温强度、高温蠕变性能和抗热疲劳性能[3-8]。

组织决定材料的性能，在热处理过程中，不同的热处理工艺会得到不同的组织。TTT(time-temperature-transformation)图是制定热处理工艺以及预测钢热处理后组织和性能的重要依据。

目前，P92钢主要应用在电厂锅炉的过热器和蒸汽管道上，国内对它的研究大多集中在蠕变性能和焊接性能等方面，而对该钢过冷奥氏体转变的基础理论研究还不够深入。为此，作者对P92钢的临界点以及不同温度下的过冷奥氏体等温转变曲线进行了测定，并进行了显微组织观察。

1 试样制备与试验方法

试验选用市售P92钢，其热处理状态为正火+高温回火。用截线法对其原始组织的晶粒度进行评级，结果为10级，该钢的主要化学成分如表1所示。

在工业生产中，P92钢的淬火温度一般在1 030～1 080 ℃。选用φ6 mm×100 mm的棒状试样，利用L78 RITA淬火热膨胀仪，按照YB/T 5127-1993《钢的临界点测定方法(膨胀法)》对P92钢的临界点进行测定，测定条件如表2所示。

按YB/T 130-1997《钢的等温转变曲线图的测定》，用L78 RITA淬火热膨胀仪将φ6 mm×100 mm的棒状试样加热到1 050 ℃进行奥氏体化，保温15 min后以200 ℃·s-1冷速分别冷至800，765，745，740，725，700，675，650，640，625，400，375，360，355，350，325，320，300，275，250，225，200，180 ℃下保温，测定其等温转变曲线。等温热处理后的试样经抛磨后，用盐酸和氯化铁的混合溶液进行腐蚀，然后用OLS-4000型激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)和Quanta-400型扫描电镜(SEM)对组织进行观察；用HR200型洛氏硬度计对硬度进行测定，加载载荷为1 471 N，保温时间约为15 s。

2 试验结果与讨论

2.1 临界点

在表2所述的条件下测得P92钢的临界点：AC1为826 ℃，AC3为928 ℃，Ms为350 ℃，Mf为187 ℃。

2.2 不同温度下的等温转变曲线与显微组织

依据《钢的临界点测定方法(膨胀法)》测得冷速为120 ℃·s-1时的过冷奥氏体转变曲线如图1所示，测定马氏体点时，得到P92钢的马氏体形貌如图2所示。由于奥氏体中存在未溶碳化物，加之成分不均匀，导致P92钢的马氏体具有隐晶马氏体的特征[6-12]。

Fig.2 SEM morphology of lath martensite of P92 steel:(a) CLSM morphology and (b) SEM morphology

P92钢中较多的铬、钨和钼等合金元素使得奥氏体相当稳定，在650～800 ℃之间的高温阶段发生等温转变的开始时间比较晚，孕育期较长，其鼻尖温度约为730 ℃，孕育期长达6 000 s。在高温阶段进行等温转变后的硬度相对较低，在74～100 HRB之间。从图3可以看出，P92钢中较多的合金元素使得奥氏体相当稳定，孕育期较长，7 000 s后才开始发生转变，对应的显微组织如图4所示。从图4(a)中可以看出，在高温阶段等温得到的组织为白色的铁素体+灰黑色的珠光体，在铁素体和珠光体基体上分布着白亮色的颗粒状未溶碳化物，晶界上的白亮色条片状物为奥氏体中析出的Cr23C6碳化物[6-7]。此外，P92钢中的珠光体不是呈典型的片层状，有的为粒状，如图4(b)所示，有的为纤维状或四棱柱状，如图4(c)所示。测得此时P92钢的硬度为85.6 HRB。这种珠光体组织的细微结构和形成机理尚有待进一步深入研究。

在650 ℃以下等温时，转变立刻进入河湾区，河湾区宽度从650 ℃到400 ℃，过冷奥氏体等温转变曲线没有任何变化，如图5所示，等温84 000 s后过冷奥氏体依然没有发生转变；在随后的冷却过程中，过冷奥氏体转变为马氏体+贝氏体组织，如图6所示。图6(a)中的灰白色组织为马氏体，对应图6(b)中的片条状组织；图6(a)中的灰黑色组织为贝氏体，对应图6(b)中的片点状和针状组织。此时，P92钢的硬度为40.5 HRC。

中温贝氏体转变在400～180 ℃之间发生，在此温度区间进行等温会发生贝氏体相变，存在上贝氏体和下贝氏体，这是以往在做P92钢TTT曲线时没有 发现的。从图7可以看到，贝氏体转变发生得极快，在对转变曲线进行分析时容易被忽视，要将曲线与组织观察对应起来一起分析，从而得到最终结果。

图8(a)和图8(b)中的黑色片状组织为上贝氏体铁素体，在SEM下观察呈束状排列，每束由数量不等的片状贝氏体铁素体亚单元构成。图8(c)和图8(d)是在320 ℃等温得到的过冷奥氏体转变显微组织，该温度(320 ℃)在鼻尖温度附近，过冷奥氏体等温转变组织中既有黑色的上贝氏体组织，也有灰黑色的下贝氏体，如图8(c)所示。图8(d)中的黑色片状组织为上贝氏体，灰色点状和黑灰色铁素体片组织为下贝氏体，这在图8(f)中更为明显。图8(e)中的灰黑色组织为下贝氏体，P92钢的下贝氏体组织是片状贝氏体铁素体上分布着点状碳化物(图中的白色细小颗粒)，如图8(f)所示。

2.3 TTT图

由图9可见，P92钢有650～800 ℃温度区间的高温珠光体转变区和两个在170～400 ℃温度区间的低温转变区域。这两种转变分别是Ms和Mf点之间的马氏体的变温转变和孕育10 s以后发生的中温贝氏体转变。从中温区C曲线的形状上可以看出，P92钢的中温贝氏体转变分为上贝氏体和下贝氏体转变。在170～400 ℃温度区间保温后，钢硬度在41 HRC以上，但在300 ℃时硬度发生突变，为38.6 HRC。在中温区间的贝氏体转变区，贝氏体转变鼻尖温度约为330 ℃，孕育期较短，约为2 s，贝氏体转变在30～50 s内完成，测得P92钢存在贝氏体转变区是最重要的发现之一，以往在测定P91和P92钢的C曲线中忽略了这一转变，或误认为在此温度区间只发生马氏体转变。可见，P92钢的过冷奥氏体在高温阶段转变为珠光体，中温阶段转变分为上贝氏体和下贝氏体转变，但上贝氏体转变区和下贝氏体转变区没有完全分开，马氏体开始和终了转变温度较高，中温区转变终了组织一般为贝氏体+马氏体组织。P92钢马氏体组织为典型的隐晶马氏体，但其珠光体和贝氏体形貌比较特殊，转变机理有待进一步研究。

3 结 论

(1) P92钢的TTT图中存在高温珠光体转变区、中温贝氏体转变区和变温马氏体转变区。

(2) P92钢贝氏体转变区分为上贝氏体和下贝氏体转变区，但两个区并没有完全分开。

(3) P92钢中的珠光体组织为粒状、纤维状或四棱柱状。

(4) P92钢中的上贝氏体组织由片状贝氏体铁素体亚单元构成，下贝氏体组织为片状贝氏体铁素体上分布着点状碳化物。

文章引用：段宝玉, 刘宗昌, 白雅琼等. P92钢的过冷奥氏体等温转变曲线及显微组织[J]. 机械工程材料, 2016, 40(12):16-20.