随着经济的发展,我国对电力的需求逐年上升。核电作为一种新型绿色能源得到各国普遍关注。近年来,国内外大力发展的第四代核电站中多个堆型选用2.25Cr-1Mo耐热钢制造高温部件,包括堆内、换热器用锻件、换热管等多个尺寸、厚度差异较大的零部件,服役温度500~530℃,寿期要求不低于20年。核电设备高温、长寿命服役特征,要求2.25Cr-1Mo钢应在服役过程中具有较好的热强性和组织稳定性。对于大型锻件,热处理时心部与表面难以获得均一的组织形态,不同的组织形态在服役过程中性能是否存在较大差异,是评价服役安全性和热处理工艺制定的重要依据。本文通过控制2.25Cr-1Mo试验钢奥氏体化后四种冷却速度(空冷、30℃/min、5℃/min和1℃/min),模拟大型锻件正火冷却过程壁厚方向不同部位冷却状态对应得到的四种组织形态。对四种组织形态试验钢进行530℃、2000 h时效试验和持久强度试验,通过拉伸、冲击等力学性能测试和金相、扫描、透射等微观分析方法研究不同组织形态对2.25Cr-1Mo钢长期时效稳定性及持久性能的影响。得出以下结论:(1)随着正火冷却速度减慢,2.25Cr-1Mo钢中先共析铁素体含量逐渐增多,α相由高位错密度的贝氏体板条向低位错密度大块状铁素体过渡。(2)2.25Cr-1Mo钢具有良好强韧性匹配的组织形态是:铁素体(<1%)+贝氏体组织;具有良好持久强度的组织形态是:铁素体(<36.7%)+贝氏体组织。大型锻件热处理时应控制正火冷却速度,保证厚壁心部位置冷却速度大于5℃/min,得到组织中铁素体含量<36.7%。(3)缓冷组织中大尺寸铁素体含量高,铁素体强度低和服役过程界面碳化物粗化与聚集速率快并沿晶界呈链状或网状分布,这是降低2.25Cr-1Mo钢服役过程强度与韧性的主要原因。