与传统奥氏体不锈钢相比，9%~12%Cr钢具有更低的热膨胀系数、更高的导热率和抗热疲劳性能，广泛应用于石油化工、火力发电及核工业领域。9%Cr-1%Mo钢（如T91/P91）因添加Nb、V等元素，抗蠕变性能进一步提升，但用于大锻件生产时易出现晶粒粗大或混晶缺陷，导致冲击性能波动。对此，本文通过系列热处理试验，探究改善9%Cr铁素体耐热钢晶粒组织的最优工艺。

研究人员采用锻件水口余料改制试板（1000mm×550mm×350mm），经1050℃水冷淬火，760℃回火空冷及模拟760℃保温4h空冷消应力热处理后，在表层、T/4及T/2处取样检测（见表1、表2）。

  合格试样（1、2）为细小等轴晶粒，不合格试样（5、6）为粗大马氏体板条组织（见图2）。

晶粒度检测显示：合格试样晶粒度约7级，不合格试样为2~3级，部分6.5级（见图3）。晶粒粗大或混晶是冲击性能不合格的主因。

3.1 试验方案

研究人员采用6种热处理试验方案，重点分析晶粒细化效果。

方案1 一次正火：1050 ℃×2 h—空冷；

方案2 两次正火：1050 ℃×2 h— 空冷＋1020 ℃×2 h—空冷；

方案3 一次退火：1050 ℃×2 h—炉冷；

方案4 两次退火：1050 ℃×2 h— 炉冷＋1020 ℃×2 h—炉冷；

方案5 一次退火＋一次正火：1050 ℃×2h—炉冷＋1020℃×2h—空冷；

 方案6 等温退火：1050 ℃×2h 完全奥氏体化，2h降温至730℃，分别保温12 h、24 h、72 h后空冷。

3.2 晶粒细化结果

（1）两次正火后晶粒度达9.5级（少量7级），但均匀性较差。

（2）两次退火后形成马氏体（3.5级） +珠光体（8.5级） 混晶，改善效果有限。

（3）退火+正火后晶粒度9.0级（部分3.5级），混晶明显。

（4）730 ℃×12 h等温退火后完全转变为铁素体/碳化物组织，晶粒尺寸20~30 μm，均匀性优异（见图4）。

（1）9%Cr铁素体耐热钢冲击性能不合格源于晶粒粗大或混晶，不合格试样晶粒度2~3级，合格试样约7级。

（2）两次正火可细化晶粒至9.5级但均匀性差；两次退火易形成混晶；730℃等温退火12 h可获得均匀细小的铁素体/碳化物组织，是最优工艺。