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[摘 要]采用膨胀法，结合金相法、硬度法，测试了两种化学成分的叶片钢的C.C.T.曲线，并对化学成分对连续冷却转变过程中相转变的影响进行了探讨。
[關键词]叶片钢 C.C.T.曲线 化学成分
中图分类号：TU33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-630-01
1、前言
汽轮机叶片在工作过程中，需承受高温、高压等恶劣环境，经历着最大静应力、动应力和交变应力等服役条件，因此汽轮机叶片材料需有良好综合性能。材料的热处理工艺过程对其物理、力学性能有着重要的影响，而连续冷却转变曲线（即C.C.T.图）对热处理生产具有直接的指导作用[1]。但是C.C.T.图的测定相对较为困难，而国内关于该叶片用钢种的C.C.T.曲线方面的文献更少。
2、试验材料及方法
试验采用本公司自行研发的两种不同成分的叶片钢样，将试料分别加工成Φ3×10mm的试样，化学成分见表1所示。根据GB/T5128- 93《钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）》[2]，利用L78 RITA型淬火相变仪，测定试样的C.C.T.曲线。奥氏体化温度选定为840℃，保温时间为20min，加热速率为5℃/s，然后分别以不同的冷却速度冷至室温。金相分析在LEICA DM4000M型金相显微镜上进行，腐蚀液为4%硝酸酒精。硬度（HV3）测试在Tukon 2100B型维氏硬度计上进行，每个试样测三点，取其平均值。以温度为纵坐标，时间对数为横坐标，将相同性质的相转变开始点和结束点分别连成曲线，并标明最终的组织和硬度值以及临界点Ac1、Ac3和Ms点即绘出C.C.T图，如图1所示。
3、结果与分析
图1为所选叶片钢试样的C.C.T.图，其中图1（a）为1#钢试样的C.C.T.图，图1（b）为2#钢试样的C.C.T.图。可以看出，随着冷却速度的增加，试样依次发生了先共析铁素体和珠光体转变（A→F+P）、贝氏体转变（A→B）和马氏体转变（A→M）。由于所选两种钢样的化学成分不同，因此随着冷却速度的不断增大，其相转变过程有所不同。
3.1 先共析铁素体及珠光体转变
亚共析钢中，珠光体转变包括先共析铁素体的转变，而先共析铁素体的转变发生在珠光体转变之前。奥氏体固溶含碳量和合金元素对珠光体转变过程的形核率和长大速率有明显影响，从而影响了其转变动力学过程。从图1中可以看出，1#钢样在0.02 C/s- 0.16 C/s下发生A→F+P的相转变过程，而2#钢样的A→F+P的相转变发生在0.01- 0.08 C/s，相比较1#钢样曲线明显右移。从表1中可以看出，较1#钢样，2#钢样的Mn元素和Cr含量有明显增加。根据相关文献可知[3]，Mn元素为弱碳化物形成元素，它可以形成含锰较高的合金渗碳体，阻碍共析渗碳体的形核和长大，而Cr元素为中强碳化物形成元素，它不仅可以阻碍共析碳化物的形核和长大，还可以增加奥氏体原子间的结合力，在这几种元素的综合作用下，2#钢样的奥氏体的稳定性较1#钢样有明显增加，因此孕育期增长，A→F+P的高温相转变曲线产生明显右移。
3.2 贝氏体转变
从图1中可以看出，1#钢试样的贝氏体转变约发生在0.03- 5 C/s冷却速度范围内，2#钢试样的贝氏体转变则在0.01- 2 C/s冷却速度范围内发生。2#钢试样的A→B相转变曲线较1#钢试样明显右移。
贝氏体转变包括过冷奥氏体向铁素体的转变和碳化物的析出两个过程。根据报道可知[1，3]，C、Mn等元素能够降低奥氏体自由能，提高铁素体自由能，使得在一定转变温度下的相变驱动力减小，进而降低贝氏体的转变速率。Cr等碳化物形成元素，使碳在奥氏体中的扩散速度降低，增加了贝氏体碳的脱溶过程的难度，进而降低贝氏体的转变速度。而Si等元素的加入可推迟贝氏体的形成。从图1中比较得出，在几种元素的综合作用下，2#钢试样的A→B相转变曲线较1#钢试样明显右移。
3.3 马氏体转变开始温度Ms
从图1中可知，1#钢试样的Ms=330 C，2#钢试样的Ms=325 C.
马氏体转变是在低温下、以共格切变方式进行的，属于无扩散型相变过程。一般情况下，Ms点主要取决于奥氏体的化学成分，其中由于C对γ相和α相均有固溶强化作用，进而增大了马氏体相变的切变阻力，增大了相变驱动力，因此增加碳含量可以显著降低Ms点[3]。钢中常见的合金元素除了Co、Al外，均在一定程度上降低Ms点，但效果不如C明显。
4、结论
根据GB/T5128- 93，利用膨胀法，结合金相法和硬度法，测试出了两种化学成分叶片钢的C.C.T.曲线。研究表明，材料的化学成分对于其连续冷却转变过程中的相转变有明显影响。
参考文献：
[1]张希旺. 微合金钢Q345的C.C.T.曲线及断裂韧性研究[D]. [硕士毕业论文].长沙. 中南大学. 2008
[2] 杨胜蓉. YB/T 5128- 93，钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）[S].
[3] 赵乃勤. 合金固态相变[M]. 长沙. 中南大学出版社.2008.
[關键词]叶片钢 C.C.T.曲线 化学成分
中图分类号：TU33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-630-01
1、前言
汽轮机叶片在工作过程中，需承受高温、高压等恶劣环境，经历着最大静应力、动应力和交变应力等服役条件，因此汽轮机叶片材料需有良好综合性能。材料的热处理工艺过程对其物理、力学性能有着重要的影响，而连续冷却转变曲线（即C.C.T.图）对热处理生产具有直接的指导作用[1]。但是C.C.T.图的测定相对较为困难，而国内关于该叶片用钢种的C.C.T.曲线方面的文献更少。
2、试验材料及方法
试验采用本公司自行研发的两种不同成分的叶片钢样，将试料分别加工成Φ3×10mm的试样，化学成分见表1所示。根据GB/T5128- 93《钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）》[2]，利用L78 RITA型淬火相变仪，测定试样的C.C.T.曲线。奥氏体化温度选定为840℃，保温时间为20min，加热速率为5℃/s，然后分别以不同的冷却速度冷至室温。金相分析在LEICA DM4000M型金相显微镜上进行，腐蚀液为4%硝酸酒精。硬度（HV3）测试在Tukon 2100B型维氏硬度计上进行，每个试样测三点，取其平均值。以温度为纵坐标，时间对数为横坐标，将相同性质的相转变开始点和结束点分别连成曲线，并标明最终的组织和硬度值以及临界点Ac1、Ac3和Ms点即绘出C.C.T图，如图1所示。
3、结果与分析
图1为所选叶片钢试样的C.C.T.图，其中图1（a）为1#钢试样的C.C.T.图，图1（b）为2#钢试样的C.C.T.图。可以看出，随着冷却速度的增加，试样依次发生了先共析铁素体和珠光体转变（A→F+P）、贝氏体转变（A→B）和马氏体转变（A→M）。由于所选两种钢样的化学成分不同，因此随着冷却速度的不断增大，其相转变过程有所不同。
3.1 先共析铁素体及珠光体转变
亚共析钢中，珠光体转变包括先共析铁素体的转变，而先共析铁素体的转变发生在珠光体转变之前。奥氏体固溶含碳量和合金元素对珠光体转变过程的形核率和长大速率有明显影响，从而影响了其转变动力学过程。从图1中可以看出，1#钢样在0.02 C/s- 0.16 C/s下发生A→F+P的相转变过程，而2#钢样的A→F+P的相转变发生在0.01- 0.08 C/s，相比较1#钢样曲线明显右移。从表1中可以看出，较1#钢样，2#钢样的Mn元素和Cr含量有明显增加。根据相关文献可知[3]，Mn元素为弱碳化物形成元素，它可以形成含锰较高的合金渗碳体，阻碍共析渗碳体的形核和长大，而Cr元素为中强碳化物形成元素，它不仅可以阻碍共析碳化物的形核和长大，还可以增加奥氏体原子间的结合力，在这几种元素的综合作用下，2#钢样的奥氏体的稳定性较1#钢样有明显增加，因此孕育期增长，A→F+P的高温相转变曲线产生明显右移。
3.2 贝氏体转变
从图1中可以看出，1#钢试样的贝氏体转变约发生在0.03- 5 C/s冷却速度范围内，2#钢试样的贝氏体转变则在0.01- 2 C/s冷却速度范围内发生。2#钢试样的A→B相转变曲线较1#钢试样明显右移。
贝氏体转变包括过冷奥氏体向铁素体的转变和碳化物的析出两个过程。根据报道可知[1，3]，C、Mn等元素能够降低奥氏体自由能，提高铁素体自由能，使得在一定转变温度下的相变驱动力减小，进而降低贝氏体的转变速率。Cr等碳化物形成元素，使碳在奥氏体中的扩散速度降低，增加了贝氏体碳的脱溶过程的难度，进而降低贝氏体的转变速度。而Si等元素的加入可推迟贝氏体的形成。从图1中比较得出，在几种元素的综合作用下，2#钢试样的A→B相转变曲线较1#钢试样明显右移。
3.3 马氏体转变开始温度Ms
从图1中可知，1#钢试样的Ms=330 C，2#钢试样的Ms=325 C.
马氏体转变是在低温下、以共格切变方式进行的，属于无扩散型相变过程。一般情况下，Ms点主要取决于奥氏体的化学成分，其中由于C对γ相和α相均有固溶强化作用，进而增大了马氏体相变的切变阻力，增大了相变驱动力，因此增加碳含量可以显著降低Ms点[3]。钢中常见的合金元素除了Co、Al外，均在一定程度上降低Ms点，但效果不如C明显。
4、结论
根据GB/T5128- 93，利用膨胀法，结合金相法和硬度法，测试出了两种化学成分叶片钢的C.C.T.曲线。研究表明，材料的化学成分对于其连续冷却转变过程中的相转变有明显影响。
参考文献：
[1]张希旺. 微合金钢Q345的C.C.T.曲线及断裂韧性研究[D]. [硕士毕业论文].长沙. 中南大学. 2008
[2] 杨胜蓉. YB/T 5128- 93，钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）[S].
[3] 赵乃勤. 合金固态相变[M]. 长沙. 中南大学出版社.2008.