电厂运行金相——珠光体的球化和碳化物的聚集

      二、珠光体的球化和碳化物的聚集
      钢中珠光体的球化和碳化物的聚集，是低合金热强钢在使用过程中常出现的一种组织变化形式。对珠光体钢来讲，钢中珠光体最初呈层片状，由于片状珠光体的表面积大，具有较大的表面能，这种具有较大能量的状态要自行趋向较小能量的状态，因而珠光体组织中片状碳化物自行趋向球状。此外，随着时间的增加和其他条件的变化，小的球体还要聚集成大的球体。在这两种过程进行的同时，碳化物在钢中的分布也发生变化，因为晶界上的扩散速度较大，所以碳化物尽量在晶界上析出。
      珠光体中碳化物球化的程度，一般可以分为：轻度球化，即珠光体中的片状碳化物开始球化，也有弥散碳化物析出及开始在晶内和晶界聚集；中度球化，即珠光体中碳化物基本上全部球状化，铁素体内碳化物颗粒明显增加，晶界有更多的碳化物聚集；完全球化，即原来的珠光体区域形态已消失，碳化物聚集长大（见图2）。

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图2 球化程度示意图

      温度与达到完全球化所需时间之间的关系可由下式表示：
      τ=Ae(exp)(T/b)
式中  τ ——达到一定程度球化所需的时间；
      T——绝对温度（K）；
      b——常数；
      A——与化学成分、晶粒度、珠光体形状有关；
      e——自然对数的底。
      碳钢、钼钢、铬钼钢和铬钼钒钢等低合金热强钢，根据使用时的不同原始状态，其碳化物的球化及聚集的程度也不同。人们试图找出珠光体中碳化物的球化与钢材性能之间的对应关系，国内外曾编制了碳钢、钼钢、铬钼钢以及铬钼钒钢的个别钢号的球化级别。一般认为，在长期高温的影响作用下，只有当钢材发展到严重球化程度之后，对它的材质性能才会发生明显的影响。
      影响钢材珠光体中碳化物球化的因素很多，诸如温度、时间、化学成分、原始组织状态、变形程度等都有一定影响。研究表面，在同样的温度、时间、及化学成分下，钢中珠光体内碳化物球化的   速度取决于钢的实际晶粒度、珠光体的原始结构和机械硬化程度。加大材质的硬化程度及减小实际晶粒度都会使球化过程加剧。Mo、Cr、V有力地阻止球化过程。Al促进球化。碳钢最易出现球化现象，钼钢的球化程度比碳钢要小的多，多元合金化的钢，球化速度更慢。
      碳化物的球化会使低合金热强钢的高温及常温机械性能变化，常温的σb，HB等都下降。球化会加速钢材的蠕变过程。
      值得提出的是，伴随着珠光体球化的同时，铁素体内将有碳化物的析出、聚集长大。因此对珠光体类热强钢而言，能反映出其热强性能老化趋势的主要因素，除珠光体球化外，还有从铁素体中析出碳化物的大小、数量和分布。近年来，不少研究者认为，铁素体中析出碳化物颗粒的个数增加，又到个数减少，导致了热强性能的从低到高，又从高到低的变化趋势。