1Cr17Ni2馬氏體精煉鋼鍛件熱處理工藝

1Cr17Ni2高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼因具有良好的耐腐蝕性及較高的強(qiáng)度而被廣泛使用,目前該鋼也被廣泛用于大型裝備制造領(lǐng)域。1Cr17Ni2材料對組織、成分、雜質(zhì)和加工工藝比較敏感,有時(shí)沖擊功相對較低,在使用過程中容易失效。本文為了避免成分和雜質(zhì)對1Cr17Ni2鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生影響,使用電渣重熔的1Cr17Ni2鋼鍛件為原材料。通過對1Cr17Ni2鋼鍛件進(jìn)行不同熱處理工藝的試驗(yàn),檢驗(yàn)其綜合力學(xué)性能指標(biāo),結(jié)合金相顯微組織及斷口形貌分析,選出可用于實(shí)際生產(chǎn)的最佳熱處理工藝參數(shù)。目前有關(guān)各類不銹鋼熱處理工藝研究的報(bào)道很多,例如參考文獻(xiàn)[1–4];關(guān)于1Cr17Ni2鋼熱處理工藝研究的報(bào)道也不少,但就正火＋淬火＋二次回火熱處理工藝研究的報(bào)道很少。本文采用正交試驗(yàn)法對1Cr17Ni2鍛件進(jìn)行正火＋淬火＋二次回火的熱處理工藝優(yōu)化。

試驗(yàn)材料及方法

本試驗(yàn)所用的1Cr17Ni2鋼鍛件試棒,其冶煉方法是電爐冶煉＋電渣重熔精煉,從而保證材料的原始組織中無縮孔、疏松、嚴(yán)重偏析及其它有害缺陷，其化學(xué)成分如表1所示。所用試棒的尺寸規(guī)格為80 mm x 100 mm,試棒在粗加工后,分別按照不同的熱處理工藝進(jìn)行熱處理。

應(yīng)用正交試驗(yàn)法對1Cr17Ni2精煉鋼鍛件的熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn),熱處理工藝為正火＋淬火＋兩次回火。正火溫度均采用1020 ℃,冷卻方式為空冷;淬火冷卻方式為油冷;第一次回火冷卻方式為油冷,第二次回火冷卻方式為空冷;淬火采用了5種不同的溫度,二次回火采用了3種不同的組合溫度,共15種熱處理參數(shù)試驗(yàn),具體的熱處理溫度見表2或表3,每爐試驗(yàn)放試棒3件。常溫拉伸試驗(yàn)按GB/T 228.1—2010金屬材料一拉伸試驗(yàn)第一部分:室溫試驗(yàn)方法[6進(jìn)行,試樣尺寸為d6 mm標(biāo)準(zhǔn)短試樣;沖擊試驗(yàn)按GB/T 229—2007金屬材料—夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法"進(jìn)行。采用金相顯微鏡觀察其金相組織,掃描電鏡觀察其沖擊斷口形貌。鐵素體含量測定按GB/T 13305——2008不銹鋼中α相面積含量金相測定法[8標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

力學(xué)性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2;沖擊功的試驗(yàn)結(jié)果見表3;塑性指標(biāo)都能保證合格,沒有列出。為了更直觀地比較熱處理工藝參數(shù)對力學(xué)性能的影響,繪制了折線圖,見圖1。圖1( a)是熱處理工藝參數(shù)對屈服強(qiáng)度的影響;圖1(b)是熱處理工藝參數(shù)對抗拉強(qiáng)度的影響;圖1(c)是熱處理工藝參數(shù)對沖擊韌性的影響,沖擊韌性值為3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

從圖1可以看出:890 ℃淬火時(shí)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度低,而且沖擊韌性也是低的;其它幾種淬火溫度下,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的變化不大。在相同的淬火溫度下,隨著回火溫度的升高,強(qiáng)度明顯降低,且降低的幅度較大。淬火溫度大于890℃時(shí),隨著淬火溫度的降低,沖擊韌性值增大,淬火溫度為920℃時(shí)達(dá)到最大值;隨著回火溫度的提高,沖擊韌性值增大,而且增加的幅度差別較大。因此,1Cr17Ni2精煉鋼最佳力學(xué)性能的熱處理工藝為1020℃正火+920℃淬火＋(670 ℃ +630 ℃)二次回火。

按該材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度看,1010、980、950 c為*淬火,920 ,890℃為亞溫淬火。當(dāng)加熱到臨界區(qū)時(shí),在原奧氏體晶界上形成細(xì)小的球形奧氏體，

在原馬氏體條內(nèi)形成條形奧氏體,淬火后得到細(xì)小的復(fù)相組織。晶粒細(xì)小使裂紋擴(kuò)展有效長度變短，

裂紋沿小晶粒擴(kuò)展的阻力變大,條狀復(fù)相組織內(nèi)形成的界面比常規(guī)熱處理的晶界面積要大,這樣就能有效地防止應(yīng)力集中和阻止裂紋擴(kuò)展,故能大幅度提高鋼的韌性。并且由于相界面增多,固溶強(qiáng)化作用增大,這兩種強(qiáng)化作用大于由于鐵素體存在的弱化作用。因而在改善韌性的同時(shí),仍保持較高的強(qiáng)度水平。從力學(xué)性能數(shù)值和斷口形貌觀察結(jié)果可以看出,890℃淬火后的綜合力學(xué)性能最差,其主要原因是890℃淬火溫度的奧氏體化程度不夠,在后續(xù)的熱處理過程中相變不充分,導(dǎo)致組織轉(zhuǎn)變不*，造成了綜合力學(xué)性能較低。而920℃亞溫淬火后，材料的沖擊韌性明顯提高,即合理的亞溫淬火在不降低材料強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,大大提高了材料的沖擊韌性。

結(jié)論

采用正交試驗(yàn)法對1Cr17Ni2精煉鋼鍛件的熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,以力學(xué)性能數(shù)據(jù)為主要參考依據(jù),結(jié)合顯微組織分析、鐵素體含量的測定結(jié)果、掃描電鏡斷口形貌分析,我們最后選定的最佳熱處理工藝為1020℃正火＋920℃淬火＋(670 ℃+630 ℃)二次回火,實(shí)際應(yīng)用的效果很好。