阀门工艺之回火脆性的抑制和防止（二）
回火脆性机理
关于高温回火脆性机理仍有争论。被广泛接受的观点是由于P、Sb、Sn、 As等杂质元素和Cr、Ni、Mn石等合金元素在奥氏体晶界偏聚所引起。俄歇谱仪分析表明，回火脆性与奥氏体晶粒边界附近杂质浓度的升高有直接的关系。杂质元素在晶界的偏聚属于平衡偏析。杂质元素以固溶的方式存在于钢中时，由于其原子与铁原子间存在尺寸错配，从减小晶格畸变能的角度，杂质原子将优先占据晶界和位错等缺陷部位，导致晶界的弱化和脆性的增大。随着温度的升高，这种平衡偏析受到原子热运动的干扰，温度足够高时(高于600℃），平衡偏析消失。这种平衡偏析在碳素钢中很小，不足以引起回火脆性。Cr、Mn和Ni等合金元素与杂质元素的亲合力大，促进了杂质元素在晶界上的这种偏析，因而显著增大了钢的高温回火脆性。回大加热温度高于600℃，然后快速冷却，抑制了杂质元素向晶界的偏聚，因而减少或防止了回火脆性的发生。在有些合金钢中，随着碳含量的增加，钢的回火脆性倾向增大，表明杂质元素在晶界的偏聚也与碳化物沉淀有关。
图8一5一12 30CrNi3A钢的回火冷却速度与脆性
1一4800℃/min 2一62℃ /min
3一1.7 ℃/min 4一0.33℃ /min
迄今为止，关于第二类回火脆性的本质仍有一此问题有待于澄清。例如，为什么Ni单独在钢中存在时对钢的回火脆性影响较小，而在Ni一Cr、Cr - Mn钢共同存在时会显著增大钢的回火脆性?Mo和W为什么能有效的延缓杂质元素向晶界的偏聚，从而抑制了回火脆性的发生?这些问题仍然缺乏合理的令人信服的解释。也有的研究表明，合金结构钢的高温回火脆性系由钢中a固溶体在回火过程中，时效沉淀出的FeC（ N）对位错质点型“强钉扎”作用引起的，而与杂质元素水晶界的偏聚无关。
(3)回火脆性的抑命和防止为了抑制和防止第二类回火脆性，可采取如下措施:
①提高钢水纯净度，尽量减少钢中P、Sb、Sn、As等有害杂质元素的含量，从根本上消除或减小杂质元素在晶界的偏聚。
②钢中添加Mo
以延缓P等杂质元素向晶界的偏聚。这种方法在生产上得到了广泛的应用，如汽轮机主轴、叶轮和厚壁压力容器广泛采用含Mo钢制造。但是这种合金化的方法有其局限性，对于那此在回火脆性温度下长期使用的下件，仍不能避免回火脆性问题的发生。
③高温回火后快速冷却。对于大型工件，由于心部冷速达不到要求使这种方法受到限制:另一方面即使能够通过快冷抑制了回火脆性的发生，但又会在下件中产生很大的残余内应力，故对于大型锻件，往往需要采用低于回火脆性温度(450℃)进行补充回火。
④采用两相区淬火，以便使组织中保留少量的细条状过剩铁素体，这些铁素体在加热时往往在晶粒内杂质处形核析出，使杂质元素集中于铁素体内，避免了它再向晶界偏聚:另外，两相区淬火可以获得细小的晶粒，从而减轻和消除了回火脆性。
⑤细化奥氏体晶粒。
⑥采用高温形变热处理可以显著减小甚草消除钢的回火脆性。图8一5一13为高温形变热处理对40CrNi4钢冲击韧度的影响。可以看出，采用高温形变热处理，该钢的回火脆性可以基本上得到消除。
⑦渗氮需要在500℃左右的温度下长时间加热，容易产生回火脆性问题。渗氮钢应当尽量选择对回火脆性敏感程度较低的含铝钢，如38CrMoAI钢等。
⑧做焊接构件焊接后往往需要进行去应力退火。由于退火必须缓慢冷却，所以对于含Mn、Cr、 Ni、Si等合金元素的高强度钢，必须考虑去应力退火引起的回火脆性问题。对于这类构件，也应选用含铝的钢制造。
图8一5一13 40CrNi4钢冲击韧度随回火温度的变化
1一常规淬火工艺 2 高温形变热处理
