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試驗鋼的化學成分如表1 所示，由表1可知，實測含量與D2（Cr12MoVCo）鋼含量有較大不同，最明顯的是Si含量高，達到1.1%，還加入了一定量的合金元素W，同時Cr含量有所降低。Cr含量降低的作用是減少Cr的粗大共晶碳化物；Si的作用是強化基體，彌補碳化物的不足；W的作用是提高試驗鋼的熱穩定性。

表1  試驗D2鋼的化學成分（質量分數，%）

 

將棒材線切割加工成10mm×10mm×10mm的小試樣若干，采用實驗室馬弗爐進行球化退火試驗。對于D2型冷作模具鋼的奧氏體化溫度要選擇在Ac1溫度附近，實測該試驗鋼的Ac1溫度為827℃，由于鋼中含有大量呈斷續分布的共晶碳化物，可適當提高奧氏體化溫度，促進碳化物的溶解，使得在等溫球化時基體中有足夠的合金元素能從基體中析出球化。

將試樣分成6組，分別加熱至780、820、860、900、940、980℃等不同溫度保溫15min，出爐水冷至400℃，之后迅速放入730℃的馬弗爐中保溫30、60、90、120min，之后出爐空冷。常規球化退火工藝為：選擇退火溫度為860℃，保溫時間1h，冷卻時選擇在珠光體轉變區轉變時間最短的溫度740℃左右等溫球化，可以較快完成轉變，保溫時間為6h，爐冷至500℃，出爐空冷。

利用HR150型洛氏硬度計測試不同預冷球化退火溫度下試樣的硬度值。采用ZESS Axioplan 2多功能金相顯微鏡對試驗鋼的退火組織進行觀察。通過Nova 400 Nano SEM場發射掃描電子顯微鏡對最優預冷球化退火工藝及常規球化退火工藝處理后的試驗鋼樣品進行SEM-EDS分析。結果表明：

（1）預冷球化退火的最優工藝為在860℃保溫15min，水冷至400℃，立即在730℃保溫60～90min，最后出爐空冷。其材料硬度低于最優常規球化退火硬度，并且組織中的粒狀碳化物更細小，分布更均勻，大大縮短退火處理時間。

（2）當730℃等溫時間達到120min以上時，粒狀碳化物逐漸長大，顆粒粗化。

（3）退火組織中主要存在兩相，即鐵素體基體相和M7C3型碳化物相，塊狀碳化物和灰色粒狀一次碳化物為含較少量V、Mo、W、富Cr的M7C3型碳化物；白色粒狀二次碳化物主要為球化工藝析出的含W、Mo較多的M7C3型碳化物。