1Cr17Ni2钢的热处理的性能研究.pdf

2 0 0 0年第 3 期 1 C r l 7 Ni 2钢的热处理性能研究 弓 D一 响 6 上海汽轮机有限公司 热处理车间 上海 2 0 0 2 4 0 帽 麓 影 不 翻 4 步 S t u d y0 fHe 呦 t me n Pr罐 f o r I Cr 1 7Ni 2 St a i nl e s s S t e e l Ab s 仃a c t Th i s p a p e r g i v e s t h e h e a t t r e a 瑚 t p r i n c i p l e b y a t y s i s o f p h a s e t r a r f o r ma t i c n o f 1 C r l 7 Ni 2 s t a i n l e s s s t e e 1 By t h e p r a c t i c e it a l s o p mMd t h e h e a t t r e a t l T l e nt me t ho d t h a t C a l l r r ke 1 Cr l 7Ni 2 a c q u ir e h i g hi nt e a 1 i t y m a d h i g ht o u g h n e s sa tt he 8 ff n et i me Ke y w0 1 Cr l T Ni2 he a t t r e a l me n t 8 Fe r r i t e me c h a n i c a l p I t o u g h n e s s 1 前 言 1 C r l 7 Ni2钢是一种用途广泛 的马氏体 铁素体型双相不锈钢 由于它具有马 氏体 不锈钢中最好的耐蚀性和最高的强度 因而 在船用机械 压缩机转子 压气机 叶片等制造 中有着广泛的应用 但是此钢具有 4 7 5 脆 性和 5 5 0 下的高温 回火脆性 且 化学 成分 波动 对 该 钢 的机 械 性 能 影 响很 大 因此 1 C r l 7 Ni2钢的热处理对材料 的合理使用起 了重要作用 本文对 1 C f 1 7 N辽钢的热处理 性能进行 了讨论 得出同时获得高强度 高韧 性的热处理方法 并在生产实际中得到 了验 证 2材料 特性及其影 响因素 1 C r l T Ni 2钢 的化学 成 分 见 表 1 相 图见 图 1 裹 l 啦一日期 2 0 0 0 0 3 3 0 作者筒介 官力 1 9 6 7 一 女 工程师 学士学位 1 9 9 0年毕业予上海工程技术大学金属材料热处理专业 现为上海汽轮机有 限公司热处理车间技术组组长 主要从事热处理工艺的壕写厦现橱指导 维普资讯 No 3 2 0 S HANC a a AIQI L UNJ I 3 1 l 6 0 0 I l 2 00 p 嘲1 0 帅 8 o D X 6 O O 声 I F C 从图中可知 当 1 C r l 7 N i 2钢加热 到 9 0 0 1 0 0 0 时 主要 处于 相 区 接 近 y a 相界 由于 Y相 区 小且 q 相 界线 几 乎 是直立 的特点 镍 锰 硅 铬等成分稍有 波 动 就容易影响钢中铁素体 的含量 钢 的成 分波动即使是在规定成分范 围内 对 8 铁 素体含量也会 产生 极大影响 当铬 硅量偏 低 镍量偏高时 铁索体量 1 0 当铬含 量 偏高及碳 氮 镍含量偏低时 能达到极高 的 铁素体含量 而钢中出现大量铁索体时 机械性能降低 特别对 冲击性 能的影 响更 明 显 为了限制钢中 铁素体含量 其化学 成 分 应 控 制 在 下 列 范 围 内 C 0 1 3 0 1 7 S i 0 3 7 Mn 0 6 C r 1 6 5 1 7 5 N 2 0 2 5 才能保证 铁素体含 量在 l 5 以下 冲击韧性无 明 表 2 显恶化 造成大量 一铁素体的另一原 因是 加热温度过高及高温下停 留时间过 长 这种 情况主要 出现在锻造和轧制过程中 在热处理过程中 随奥氏体化温度 的升 高 1 C r l 7 N i 2 钢组织中 8 铁素体数量增加 碳化物逐渐向基体 中溶解 1 0 5 0 可使碳化 物完全溶解 得到以位错马氏体为主的组织 在 I 1 0 0 以上加热 组织 中孪 晶马氏体数量 增加 而随奥氏体化温度的升高 该钢的硬度 和冲击韧性出现先升后降的同步变化 根据 这一特点 要 同时获得高强度 和冲击韧性从 理论上 是可 以实现 的 3热 处 理 工 艺 对材 料 机械 性 能 的影 响 3 1 淬火温度对性能的影响 表 2分别是不同热处理工艺执行后得到 的机械性能与组织情况 从 中我们可以看到 淬火温 度对机 械性 能的影响 对 1 C r 1 7 Ni2 钢而言 正常的淬火组织为马氏体和 5 6 铁素体 若淬火温度过高 组织 中出现残留 奥 氏体时 高温团火后 由于奥氏体析出碳化 物稳定性降低 回火冷却时转变为马氏体 使 钢的强度反常地升高 塑性和韧性 殚 j 显著降 低 当淬火温度超过 1 0 5 0 时 这种现象表 现得尤为显著 重复 回火后 使 马氏体分解 为回火索氏体 钢的塑性及冲击韧性才恢复 至较高的水平 因此 正常情况下 淬火温度 不宜超过 1 0 0 0 若需高温淬 火 则需要像 高速钢那样多次 回火 若在更高的温度下淬 火还可能使 1 C r 1 7 N L 2出现对 晶问腐蚀的敏 感性 工 艺 组 织 机 械 性 能 以 妒 a J 9 6 0 油 网状 N i ron 2 N f mn 2 J c m2 I 6 3 0 空 晶界上呈现链状分布 的碳化物 5 8 8 6 3 4 fi 3 2 1 0 4 2 9 7 d 蛄 6 0 m 图 2 0 O 维普资讯 2 0 0 0年第 3 期 工 艺 组 织 机 械 性能 2 4 5 4 2 0 4 少 量 7 0 0 8 2 4 1 7 5 4 5 7 3 4 3 AR 4 M l 9 6 7 8 3 9 2 3 l 3 5 3 6 1 0 0 0 油 2 8 4 2 I 6 5 0 IS 空 2 0 6 g4 6 8 少量 7 8 7 9 3 1 1 2 5 3 6 2 3 5 AR 4 M l 0 8 7 8 7 9 3 1 1 4 0 3 4 6 9 I l 0 o 0 抽 4 1 0 4 少 量 2 4 5 c 6 8 0 空 A R4 M 8 1 8 9 5 6 l 8 3 4 3 7 3 3 3 g4 1 0 较 多 2 4 5 I 1 0 5 0 油 A R 4 M 8 2 4 9 3 7 4 4 3 9 2 7 4 l 6 5 0 空 5 6 8 6 5 0 重 复 回火 7 4 9 8 9 7 1 8 3 4 3 7 6 1 7 7 0 0 重 复 回火 7 2 5 6 6 2 8 0 7 1 7 0 5 6 1 8 6 2 3 2回火 温度对性 能的影响 对 1 C r l 7 Ni 2钢 而言 因其 具 有 4 7 5 脆 性和 5 5 0 下的高温 回火脆性 故在选择 回 火温 度时 应 避 免 此温 度 区域 从 抗 蚀 性来 考 虑 在 5 5 0 附 近 F e Q 3 c 向 c r F e 7 转变 造成贫 c r 区与富 c r 区基体 和 碳化物之间所形成 的傲电池作用显著加剧 从而降低 了抗蚀性 因此 回火 温度一般应 选择低于 4 0 0 或高于 5 6 5 的区域 3 3 非 正 常情况 下 的热处 理 某船用机械厂有一批法兰 其化学成分 及机械性能要求如表 3所示 常规热处理调 质后 未达到技术要求 主要是冲击值达不到 要求 表 3 化学 成 C Mn S i S P C r N 分 0 1 4 0 5 8 0 5 60 0 1 6 0 0 2 7 1 6 8 42 O 2 机 械 性 d N mm2 a s a K U J on z 能 要 求 9 8 0 1 0 5 5 查看其金相组织 发现 铁索体量大 于 1 0 且成大块断续式网状分布 根据这 一 特征 我们认 为在不 能消除或减少 铁 索体 的情况 下 只有 改变组织形态 才能使性 能达到要求 也只有在高于常规淬火温度的 情况下 才能将合金元素及碳化物充分 溶解 于奥 氏体中 在快速冷却的过程中 改变碳化 物的析出量及分布 从而达到改善性能的目 的 在这一指 导思 想 下 我们 选用 了 1 0 6 0 的淬火温度 同时采用 3 0 0 低温回火 结果 非常令人满意 性能各项指标均达到要求 如 表 4所示 表 4 另有一批法兰 其化学成分及性能要求 如表 5 根 据 以往 的经验高温淬 火低 温 回 火 往往使材料强度偏高 性能如表 6 示 而 1 C r l T Ni2材料随奥氏体化温度的升高 其硬 度和冲击韧性会出现先升后降的同步变化 维普资讯 S HANGHAI Q LU NJ I 3 3 所以要使其强度处于要求范围内 则需提高 回火温度 适当降低强度 冲击韧性也随之降 低 采用 同温度重复回火 可使未转变的马氏 体分解为回火索氏体 使冲击韧性有所提高 达 到性能 要求 具 体选 用 了 6 0 0 左 右的 回 火温度 进行 了两 次 回火 结 果 如 表 7示 全 部符合要求 表 5 表 6 1 0 8 4 1 8 4 5 5 5 8 6 0 4结论 通过 以上分析 及实际生产 验证 可得出 以 下结论 1 1 C r 1 7 Ni2不锈钢 要同时获得高强度 及高韧性是完全可行的 2 在不能改变 8 一铁素体量的情况下 可 以通过改变组织形态来提高材料的冲击韧 性 3 在 a 铁素体含量小 于 1 0 的情况 下 淬火温度不宜超过 1 0 0 0 4 回火温度的选 择应避 免 4 7 5 脆性 和 5 5 0 下 的高温回火脆性 区域 5 对 1 C r l 7 Ni2不锈钢 同温度下 的多 次重复回火是提高材料综合性能可采取的有 效手 段 参 考 文 献 1 王笑天主编 金 属材料学 M 机 械工 业 出版 社 1 9 8 7 9 1 6 9 1 7 1 2 黄春峰 1 Cr 1 7 N 1 2钢叶片热处理工 艺的优 化 J 金属热处理 1 9 9 2 3 3 7 3 8 3 马 自忠 奥氏体化温度对 1 Cr 1 7 Ni2钢组织 和性 能的影响 J 金属热处理 1 9 9 9 7 2 0 2 2 4 藤 田辉夫 日 不锈 锕