2021年第2期
热加工
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热处理
Heat Treatment
1 序言
20世纪80年代，国际镍公司（INCO）研制出
无钴马氏体时效钢T250，该钢在C250基础上去掉
Co元素，降低Mo含量，增加了Ti含量，性能接近
C250[1]。1995年，国内抚顺特有限公司、钢铁研究
总院与西安长峰机电研究所联合成功研制国产T250
钢。目前，T250钢凭借超高强度和较好的韧性，已
某型号T250钢发动机燃烧室壳体（以下简称
“壳体”）由前后连接环和筒体组焊成形，是发动
测试过程中发生开裂。
本文以水压试验过程中开裂的壳体为对象，
通过光学显微镜和扫描电镜观察开裂部位的微观形
到造成水压裂纹形成的直接原因，提出并验证了预
防水压裂纹的热处理措施。
2 试验方法及结果分析
壳体加工工艺流程为：原材料→锻造→毛坯固
溶→一道次旋压→道次间固溶→二道次旋压→旋压
筒体时效→切头组焊前后连接环→焊后时效。
本次失效分析针对该壳体热加工过程进行，取
样编号，见表1。
2.1 扫描电镜断口分析
对取样进行断口扫描观察（见图1），Y1是非
正常的脆性断口，呈沿晶断裂，组织非常粗大；Y2
袁钰坤，葛莉娜，张鹏博，朱伟强，郭刚
西安长峰机电研究所 陕西西安 710065
摘要：某型号T250马氏体时效钢发动机燃烧室壳体在水压过程中开裂。针对壳体开裂失效展开分析，采用光
学显微镜和扫描电镜观察裂纹形态，断口形貌，分析裂纹与金相组织的关系，综合判断晶粒粗大是造成壳体
水压开裂的主要原因，提出并验证T250马氏体时效钢晶粒细化的措施。
关键词：开裂失效；晶粒粗大；时效钢
表1 试样标记
标记状态说明
Y1原材料1号时效态
Y2原材料2号时效态
1S旋压筒体时效后
2S焊后时效后
SY1水压时效壳体取样1号
SY2水压失效壳体取样2号
a）Y1 b）Y2
c）1S d）2S
e）SY1 f）SY2
图1 断口形貌观察
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样品断口正常，属于韧性断口，主要以韧窝为主；
1S、2S、S Y2均为非正常的脆性断口，呈沿晶断
裂；SY1是混合断口，以准解理为主，伴随着少部
分沿晶断裂，主要分布在夹杂物形成的孔洞处。
2.2 金相分析
经金相观察，试样的晶粒都非常粗大，如图2所
示。Y1、Y2样品的晶粒度分别为2.5级和2.0级，经
过重新锻造的1S和2S试样的晶粒度为2级。产品状
态SY2的晶粒同样非常粗大，晶粒度为1.5级。
原始状态Y1非正常断裂的形式均为沿晶的脆性
断裂，主要是因晶粒和组织粗大而造成的，晶界处
未发现析出相。
经过锻造（1S、2S）和水压试验的（S Y1、
usb存储器SY2）样品经过热加工后组织不仅没有细化，个别
的晶粒尺寸比锻造以前还要粗大，说明锻造工艺存
在问题，或锻打次数和终锻温度存在问题，没能够
细化组织，造成沿晶脆性断裂。
3 改进措施及效果验证
针对马氏体时效钢，分别采用一次正火和双
重正火处理的方式细化晶粒[2]。将原有试样重新编
号，按照新的热处理制度再次进行处理，见表2。
经过正火处理后，试样晶粒度有明显的改善，
并且双重正火的晶粒细化效果明显好于一次正火。
正火处理细化的金相组织如图3所示，晶粒度的评级
结果见表3。通过正火处理，在金相组织中，未发现
晶界处存在析出相。
表2 试样热处理制度
标记热处理制度
CY1960℃×1h水冷
CY2960℃×1h水冷+900℃×1h水冷
C1S960℃×1h水冷
C2S960℃×1h水冷+900℃×1h水冷
陶瓷展架
CSY1960℃×1h水冷泵
CSY2960℃×1h水冷+900℃×1h水冷数码彩扩
a）Y1 b）Y2
c）1S d）SY2
图2 晶粒度
a）CY1 b）CY2
c）C1S d）C2S
e）CSY1 f）CSY2
图3 金相组织
表3 晶粒度评级结果（级）
标记Y1Y21S2S SY1SY2
动物胶配方整个过程
失效件 2.5 2.022 1.5 1.5
标记CY1CY2C1S C2S CSY1CSY2
正火处理后 5.5 6.5 4.5 6.04 6.5
通过上述试验论证，将同批锻件加工流程调整
为：（原材料→锻造）→双重正火→毛坯固溶→一
道次旋压→道次间固溶→二道次旋压→旋压筒体时
效→切头组焊前后连接环→焊后时效。
对加工壳体逐件进行水压试验，采用上述流程
加工的壳体，水压期间未出现开裂失效及其他失效
现象，满足设计水压相关要求。
立式小便器图1 缺陷实物形貌
缺陷检测分析
浅层分层分析
在缺陷区横向取样，分别作光学金相和冷场扫描电镜（日立S－4300）显微图像分析，在缺陷区两侧的窄缝内及其延长线上均有断续分布的夹杂EDAX能谱分析仪对夹杂物进行微区成分的半定量分析，主要为Ca、O、Al、Mg、
复合氧化物，其中Fe元素的波峰均较高，界面有氧
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