陶則旭，江水，周榮田，張凱，王長(zhǎng)軍

1.武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430000

2.鋼鐵研究總院特殊鋼研究所 北京 100081

1 序言

00Cr12Ni10MoTi作為一種低溫用馬氏體時(shí)效不銹鋼，不僅具有高強(qiáng)度，還具有低溫時(shí)優(yōu)異的沖擊、拉伸性能，正成為液氧、液氮存儲(chǔ)器和低溫結(jié)構(gòu)件的重要用鋼[1]。馬氏體時(shí)效不銹鋼的強(qiáng)韌化機(jī)理與其熱處理工藝有著密切關(guān)系，其強(qiáng)韌性對(duì)熱處理工藝十分敏感，主要可以分為固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化等三個(gè)階段。固溶強(qiáng)化效果的大小與固溶原子的類型有關(guān)，固溶到基體的合金元素會(huì)在時(shí)效階段析出，從而導(dǎo)致馬氏體基體中固溶的合金元素大量減少，因此馬氏體時(shí)效不銹鋼中固溶強(qiáng)化對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)較少[2]；從固溶溫度冷卻到室溫的過(guò)程中，馬氏體時(shí)效不銹鋼中的奧氏體會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生高密度相變位錯(cuò)，同時(shí)產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化；時(shí)效強(qiáng)化是馬氏體不銹鋼最重要的強(qiáng)化方式，主要通過(guò)時(shí)效生成彌散的納米級(jí)金屬間化合物來(lái)使基體得到強(qiáng)化[3，4]。以往關(guān)于該鋼的研究主要關(guān)注預(yù)處理[5，6]、固溶處理及時(shí)效溫度對(duì)力學(xué)性能的影響[7]。本文研究不同熱處理工藝對(duì)00Cr12Ni10MoTi不銹鋼室溫及低溫力學(xué)性能的影響。

2 試驗(yàn)方法

00Cr12Ni10MoTi不銹鋼錠采用真空感應(yīng)爐熔煉，表1給出了試驗(yàn)用鋼化學(xué)成分控制范圍；將其鍛成截面為460mm×450mm的鍛件，沿縱向切取225mm×170mm×150mm的矩形熱處理試樣。經(jīng)調(diào)研并參考相關(guān)文獻(xiàn)，確定了4種試驗(yàn)熱處理工藝方案，見(jiàn)表2。經(jīng)過(guò)熱處理后，按GB/ T2975—2018《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》進(jìn)行取樣加工，按GT/T 228—2008《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》、GB/T 229—2020《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行試樣拉伸、沖擊試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)用鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 試驗(yàn)熱處理工藝

主要設(shè)備儀器為P I T452C-2型沖擊試驗(yàn)機(jī)、HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)、AG-IS250型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、GX53F型金相顯微鏡、Quonta650型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡及INSTRON5982型低溫拉伸材料試驗(yàn)機(jī)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同熱處理工藝對(duì)室溫低溫拉伸性能的影響

對(duì)不同熱處理工藝試樣進(jìn)行室溫拉伸和低溫拉伸測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。1～3號(hào)試樣室溫抗拉強(qiáng)度均在1000MPa以上，其中2號(hào)試樣的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)1019MPa，4號(hào)的抗拉強(qiáng)度最低僅為931MPa?？梢钥闯?次750℃相變處理后抗拉強(qiáng)度明顯偏低。1～3號(hào)試樣均為1次750℃相變處理，常溫抗拉強(qiáng)度均在1000MPa以上。另外還可看出，4種熱處理工藝對(duì)-196℃低溫拉伸性能影響不大，試樣的低溫抗拉強(qiáng)度比常溫抗拉強(qiáng)度提高40%左右；同時(shí)可看出，冷卻方式對(duì)試樣的拉伸性能影響不大。

圖1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

3.2 不同熱處理工藝對(duì)室溫低溫沖擊性能的影響

圖2所示為常溫及低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果。由圖2可看出，4種熱處理工藝的常溫沖擊吸收能量變化不大，為230～240J，而低溫沖擊性能有明顯的變化，2號(hào)試樣的低溫沖擊吸收能量最低僅為146J，4號(hào)試樣的沖擊吸收能量最高達(dá)192J。由此可看出，熱處理的冷卻方式對(duì)試樣的低溫沖擊吸收能量影響較小，而循環(huán)相變次數(shù)對(duì)低溫沖擊吸收能量影響較大。經(jīng)2次750℃相變處理的試樣，擁有更高的低溫沖擊吸收能量。

圖2 常溫及低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果

3.3 不同熱處理工藝對(duì)硬度的影響

圖3所示為硬度檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。由圖3可看出，1～3號(hào)試樣硬度均＞34HRC，均比4號(hào)高，4號(hào)試樣硬度最低為32HRC。由此可知，硬度值與冷卻方式關(guān)系不大，但750℃相變次數(shù)增加，硬度會(huì)略微降低。

圖3 硬度檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

3.4 不同熱處理工藝的物相分析

為了分析不同熱處理工藝所得組織對(duì)力學(xué)性能的影響，圖4所示為固溶時(shí)效后試樣的XRD圖譜。由圖4可見(jiàn)，試樣的基體為BCC結(jié)構(gòu)的馬氏體，并均出現(xiàn)了γ相衍射峰，說(shuō)明固溶后基體中保留了部分殘留奧氏體組織，500℃時(shí)效處理會(huì)發(fā)生馬氏體的逆轉(zhuǎn)變，從而生成逆變奧氏體，可改善材料的沖擊性能[8]。圖4中的4號(hào)試樣奧氏體相峰明顯增強(qiáng)，經(jīng)計(jì)算奧氏體相含量達(dá)22%，因此4號(hào)熱處理工藝表現(xiàn)出了較高的沖擊性能，低溫沖擊吸收能量最高達(dá)

圖4 不同熱處理工藝試樣的XRD圖譜

192J。

3.5 不同熱處理工藝的組織結(jié)構(gòu)

圖5所示為4種熱處理工藝試樣的微觀組織。從圖5可看出，馬氏體基體組織中分布著大量長(zhǎng)條和塊狀的奧氏體，其尺寸、外形各異。時(shí)效處理后馬氏體發(fā)生明顯的逆轉(zhuǎn)變，逆變奧氏體相在馬氏體板條界形核長(zhǎng)大，原馬氏體組織被取代，原板條束被分割，使其間距增大[7]。圖5d中逆變奧氏體數(shù)量更多，且分布更加均勻，平均寬度＜2μm，也佐證了2次750℃相變處理后試樣有更優(yōu)異的韌性。

圖5 4種熱處理工藝試樣的微觀組織

4 結(jié)束語(yǔ)

1）熱處理工藝方法的改變對(duì)00Cr12Ni10MoTi不銹鋼的低溫拉伸性能影響不大，兩次750℃相變處理的常溫抗拉強(qiáng)度最低僅為931MPa。

2）不同熱處理工藝對(duì)00Cr12Ni10MoTi不銹鋼的常溫沖擊性能影響不大，兩次750℃相變處理的-196℃低溫沖擊吸收能量最高，達(dá)192J。

3）4種熱處理工藝處理后00Cr12Ni10MoTi不銹鋼的硬度在32～34.8HRC之間，兩次750℃相變處理后的硬度最低為32HRC。