冷却速率对12Cr铁素体钢显微组织的影响

近年来，对于9-12Cr型铁素体系钢的研究主要集中在热处理、长期时效和蠕变等方面，而不同冷却速率尤其是较低冷却速率下该钢的铸态显微组织研究以及冷却速率对其显微组织形成的影响研究同样具有重要意义。有研究表明：通过气相雾化、熔体纺丝和激光表面重熔等快速凝固方法得到的12Cr铁素体钢，其微观结构的形成受凝固条件和冷却速率的影响较为明显。鉴此，本文通过高频感应炉制得较低冷速下12Cr铁素体钢的试样，研究不同冷却速率对该钢相组成和显微组织的影响，为改善和提高12Cr铁素体钢的力学性能提供理论指导。
试验用12Cr铁素体钢的化学成分为（质量分数，%）：0.12C，0.11Si，0.43Mn，10.53Cr，0.80Ni，1.05Mo，0.99W，0.03Co，0.05Nb，0.18V，余量Fe。将Φ8mm的12Cr铁素体钢圆柱试样放入高频感应炉内的坩埚中，抽真空至0.01MPa后充氩气至0.06MPa。加热试样至1600℃熔化，通过调节加热电流和匹配电压，使试样获得3种不同冷却速率(5、0.5、0.05℃/s)并冷却到室温。
冷却速率在0.05～5℃/s内，12Cr铁素体钢基体组织为铁素体，在铁素体晶粒晶界和晶粒内部存在M3C结构的渗碳体，随着冷却速率的减小，晶粒尺寸逐渐增大，晶粒形状呈现柱状晶-等轴晶-晶粒异常粗大的变化趋势。随着冷却速率的减小，晶界析出的碳化物粗化，晶内析出的针状碳化物逐渐细小弥散。当冷却速率为5℃/s时，晶界碳化物呈树枝状，宽度约为1μm；冷却速率低于0.5℃/s时，碳化物呈网状，宽度大于4μm。冷却速率减小到0.05℃/s时，晶粒内出现近球形碳化物。