劉業(yè)超，陳 煒，邵 帥，牛 丹，郝建國，蓋登宇

(1.沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869； 2.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150006)

沉淀硬化不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性能和焊接性能、良好的沖擊韌性，主要用作齒輪、螺栓、軸、輪盤、葉片、轉子、泵件等[1-3]。目前，對沉淀硬化不銹鋼的研究主要集中在熱處理工藝及耐腐蝕性等方面，對沉淀硬化不銹鋼相變參數的研究甚少。本文通過對沉淀硬化不銹鋼相變曲線及其參數的研究，為其合理制定熱處理工藝提供參考依據，并且為該鋼的合理利用及其開發(fā)提供試驗數據和理論依據。

1 試驗材料與方法

試驗材料沉淀硬化不銹鋼采用電渣重熔后經鍛造成型，規(guī)格為150 mm×200 mm×100 mm，其化學成分見表1。然后選取熱膨脹試樣，位置為距離鍛件表面1/3高度處，試樣規(guī)格為φ3 mm×10 mm，如圖1所示。

表1 沉淀硬化不銹鋼的化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical composition of precipitation hardening stainless steel(mass fraction，%)

圖1 沉淀硬化不銹鋼膨脹試樣Fig.1 Precipitation hardening stainless steel expansion specimen

本試驗采用Formastor-FⅡ全自動相變儀測量奧氏體轉變產物及轉變量與溫度和時間的關系，測量沉淀硬化不銹鋼奧氏體化后不同冷卻速度的轉變類型及轉變開始和終了溫度；同時利用數值模擬軟件，通過內置的模塊進行模擬計算，快速繪制該材料的轉變曲線，與實測結果進行對比。

2 試驗結果

2.1 測定沉淀硬化不銹鋼CCT曲線

將沉淀硬化不銹鋼加熱至奧氏體化溫度1050 ℃保溫10 min，然后以不同的冷卻速度進行冷卻，冷卻速度分別為14.8、8.05、3.50、1.50、0.75、0.25和0.04 ℃/s，沉淀硬化不銹鋼連續(xù)轉變曲線如圖2所示。由圖2可知，沉淀硬化不銹鋼具有良好的淬透性，在連續(xù)冷卻過程中只發(fā)生了馬氏體轉變；并得出沉淀硬化不銹鋼相變臨界溫度Ac1為625 ℃，Ac3為735 ℃，Ms為190 ℃。

圖2 沉淀硬化不銹鋼CCT曲線Fig.2 The CCT curve of precipitaion hardening stainless steel

采用蔡司200MAT金相顯微鏡對沉淀硬化不銹鋼進行顯微組織觀察，如圖3所示。不同冷卻速度下沉淀硬化不銹鋼的組織均為馬氏體，結果與CCT曲線一致。

采用維氏硬度計進行顯微硬度檢測，載荷為500 g，其硬度范圍為332～349 HV。

圖3 在不同冷卻速度下沉淀硬化不銹鋼的顯微組織Fig.3 Microstructure of precipitation hardening stainless steel in different cooling rates

2.2 模擬計算沉淀硬化不銹鋼CCT曲線

針對沉淀硬化不銹鋼的實測化學成分，通過數值模擬計算軟件JMatPro進行相變曲線的分析計算，其數值模擬計算的CCT曲線如圖4所示。由圖4可知，沉淀硬化不銹鋼在連續(xù)冷卻過程中只發(fā)生了馬氏體轉變，與實測結果基本相同；并計算出沉淀硬化不銹鋼相變臨界溫度A1為627.4 ℃，A3為709.6 ℃，Ms為189.4 ℃。

圖4 沉淀硬化不銹鋼模擬計算CCT曲線Fig.4 The CCT curve of simulated calculation of precipitation hardening stainless steel

3 對比與分析

試驗測得沉淀硬化不銹鋼的相變臨界溫度Ac3為735 ℃，Ac1為625 ℃，Ms為190 ℃，因其具有良好的淬透性，在緩慢冷卻過程中依然以馬氏體組織為主。而利用JMatPro軟件計算出沉淀硬化不銹鋼的相變臨界溫度A3為709.6 ℃，A1為627.4 ℃，Ms為189.4 ℃，根據模擬計算CCT曲線可以看出，冷卻后的組織為馬氏體。

A3和A1溫度是平衡狀態(tài)下的溫度線，這種平衡不是絕對的，只有當升溫、降溫速度極慢時才會認為是平衡狀態(tài)。但是實際生產中要保持平衡狀態(tài)是不可能的，實際生產的加熱速度不可能極慢，所以會出現實際奧氏體化溫度高于平衡相圖中A3線的溫度。

一般Ac3溫度范圍為A3+(30～50) ℃，此溫度差為過熱度，產生過熱度主要與加熱速度有關，即加熱速度快引起過熱度的增加?？琢钅衃4]研究表明，對于Cr含量低于4%的試樣，Cr對C元素擴散系數的影響要大于對C元素的有效擴散距離的影響；然而，當Cr含量超過4%時，Cr的影響卻正好相反。沉淀硬化不銹鋼中Cr含量超過12%，因此A3溫度和Ac3溫度間的過熱度取其下線，取30 ℃。JMatPro軟件數值模擬計算出Ac3溫度約為739.6 ℃，而實際通過設備檢測出沉淀硬化不銹鋼的Ac3溫度為735 ℃，結果基本一致。

理論上A1溫度與Ac1溫度依然存在相應的溫度差，即過熱度。當沉淀硬化不銹鋼加熱到高于A1溫度，奧氏體在鐵素體-碳化物邊界形核[5]。此時，奧氏體的形核率很高，初始形成的奧氏體晶粒很細，因此A1和Ac1的溫度差別很小；并且沉淀硬化不銹鋼由于合金元素多，極易形核，因此A1與Ac1溫度之間的過熱度應該趨近于0。通過JMatPro軟件模擬計算出Ac1溫度約為627.4 ℃，而實際通過設備檢測出沉淀硬化不銹鋼的Ac1溫度為625 ℃，結果基本一致。

4 結論

1)實測得出沉淀硬化不銹鋼Ac1為625 ℃，Ac3為735 ℃，Ms為190 ℃；模擬計算得出沉淀硬化不銹鋼A1為627.4 ℃，A3為709.6 ℃，Ms為189.4 ℃，模擬計算結果與實測結果基本一致。

2)沉淀硬化不銹鋼具有良好的淬透性，在連續(xù)冷卻過程中僅發(fā)生馬氏體轉變。