中高温时效处理对 Cr21 铁素体不锈钢组织和性能的影响

1、中高温时效处理对Cr21铁素体耐热钢组织与性能的影响，在讨炎松胡洋洋李腾飞(上海高等院校材料研究所，上海200072 )，目前对中高铬型超纯铁素体耐热钢组织，尤其是中高温时的第二相析出情况未见报道。 因此，以Cr21镍锌铁氧体不锈钢为研究对象，研究了600、650和750等温时效钢组织及力学性能(硬度、冲击韧性)的变化，并为中高铬型超纯镍锌铁氧体不锈钢在汽车排气系统等高温零配件中的应用提供了理论依据。 1实验材料和方法、实验使用的材料为宝钢不锈钢分公司提供的超纯Cr21镍锌铁氧体不锈钢筛板，厚度为3 mm，其主要化学成分(质量分数，% )为： C 0005、N 0007、Si03、Mn03、C

2、r21、Mo08、Cu04、Ti 01 03、Nb 01 03 试料在固溶热处理1 100保温30min后，进行水淬火，然后分别在600、650和750保温的不同时间(0 50 h )进行时效处理。 用负荷30 kg的维氏硬度计测定试料的硬度，用JB-500J夏比冲击试验机进行室温冲击试验，试料采用纵采样法，夏比v型缺口冲击试料，试料尺寸为GB/t229-1994，25 mm 1.0 mm 5.5 mm。 将固溶和时效处理后的试料作为金相试料，进行机械研磨后，用氯化二铁元素盐酸溶液(2 5 g FeCl3 25mL HCl 50 mL H2O )进行腐蚀。 用金相显微镜观察其金相组织，用JSM

3、-6700高极限分辨率扫描电子显微镜观察析出物的形态和成分。 电解腐蚀液采用10%过氯元素酸醇混合溶液，用液氮蒸发制冷，工作电压是30 V。 用透射电镜(JEOL 200CX )观察沉淀物的形态，确定其晶体结构。 2实验结果和分析2 1时效处理对试验钢硬度和冲击韧性的影响图1和图2分别是在不同等温温度下时效时间对硬度和冲击功的影响。 由图1可知，用600、650保温到30 h左右时，硬度出现峰值，到峰值为止，硬度有随着保温时间的延长而变高的倾向，峰值以后，硬度随着保温时间的延长而变低。 750时效时，几乎随着保温时间的延长而上升，不出现高峰。 但是，从整体上看，随着时效时间的延长，硬度值不会随

4、时效温度而变化很大。 由图2可知，特别是在600、650下保温30 h左右时，试验钢明显脆化。2时效处理对试验机的金相组织的影响图3为固溶试样的金相金相组织，可知在镍锌铁氧体沉积基质上稀疏地分布有粗大的方形或球形微米级的析出物，分析这些个的析出物的形态和频谱图(参照图4 )，可知这些个的析出物全部为TiN粒子。 由于铁素体耐热钢是凝固过程，TiN在高温液状或枝状晶之间形成，固相时很少的Nb(C，n )附着在TiN粒子状核上析出，因此TiN粒子的频谱图中含有少量的Nb。 图5是在Cr21铁素体耐热钢的600、650、750中分别进行了3.0、5.0时间时效的扫描型电子显微镜照相。 由图5(b )

5、、5(d) 5(f )可知，不连续且形状不规则的纳米级的析出物分布在镍锌铁氧体晶界上，从这些个的析出物的频谱图(参照图6 )的分析可知，这些个的析出物是(Nb，Ti) C，Nb多，Ti少。 在图5(a) 5(f )中，方形的纳米级的析出物分布在镍锌铁氧体粒内，这些个方形的纳米级的析出物主要是TiC和(Ti，Nb) C，另外球形的纳米级的析出物是Nb4-5。 在图5(b )、5(e) 5(f )中明确了在镍锌铁氧体沉积基质上分布有微小的长方形析出物(用箭头表示)，根据Thermo-calc的计算和资料，这些个的长方形析出物为密列六方结构的Fe2Nb(Laves相)。图7是Cr21铁素体耐热钢分别

6、为600、650、750时效50 h后的金相组织的明场像及其析出物的电子选择区衍射图，可知在电子衍射，这些个的析出物为面心立方结构的(Ti，Nb)(C，n )。 由图7(a) 7(c )可知，在位错和晶界析出了不规则的纳米级(Ti、Nb) C。由于时效温度低，Nb原子的扩散困难，晶格的变形大的场所，例如晶界、重排等缺陷中，储存能相当高于镍锌铁氧体沉积基质的平均储存能，核形成反应中释放出大部分这些个的储存能，促进析出反应的进行，因此(Ti，Nb) C 由以上可知，Cr21镍锌铁氧体不锈钢在50 h以内的时效过程中，会析出TiC、NbC和(Ti、Nb) C复合粒子、少量的Fe2Nb (Laves相

7、)，未观察到sigma相及铬的碳化物。 这些个的析出物随着时效时间的延长，析出量增加，时效硬化效果变得显着，直至硬度达到峰值。 此后，随着时间的推移，硬度降低，析出物生长，粗大化。 冲击功随时有效时间的变化规律和硬度的变化规律相反，冲击功减少则钢韧性降低，冲击功增加则钢韧性提高。 钢的大部分析出相的尺寸大于临界转换尺寸，其强化反应历程主要是Ostwald反应历程，强度增量YSPO、第二相体积分数f和粒子尺寸d的关系由上式可知，第二相体积分数越大粒子尺寸越小，强化效果越大。 在云同步中，随着时效温度的升高，合金元素体，特别是Ti和Nb对沉积基质的固溶度会增大。 钢从600上升到750时效时，在不

8、足时效状态下，固溶度越小，Ti和Nb的化合物越容易析出，因此，在相同时效时间，随着时效温度变高，第二相析出量变少，第二相体积分数变小，因此，钢的硬度降低，冲击韧性提高。3结论(1) Cr21铁素体耐热钢在1100 3.0 min保温后，经600、650、750时效处理，在5.0时间内，sigma相和铬的碳化物未析出。 在时效过程中，主要析出大量的TiC、NbC和(Ti、Nb) C复合粒子和少量的Fe2Nb(Laves相)。 (2) Cr21镍锌铁氧体不锈钢经历了在600、650时效处理的50 h以内，钢的硬度几乎一样上升后降低，韧性降低后上升的变化过程。 在750时效处理的50 h以内，硬度几

9、乎上升，韧性降低。 参考文献1陆世英不锈钢概论m北京牌：核电源出版社、200:-672卫星镍锌铁氧体不锈钢在汽车排气系统中的应用日益广泛的上海金属、2005， 2.7 (3) 336063 calli LII zanescoinforsionofisionthermageingonseconserconseripitiationandtoughnessofaduplexstainlesssteesaf 2006 4133637643-7649 EMA戴尔- kashif， kentaro asakura effects of boron nionbiumandandandinggringgrowthinultrahighpuriity 1.8 % crferriticstainlessteeljisijjinternationa 4433601568-1575 chenji ping kangyonglinmicrostructureandproptiveoftiandtinbultra-low-carbonbakehardenedsteelsjournalofironand 2009年1.6 : 3.3-4.0 6黑岩红云复制和机械专业版sofnb-modefericticaticstainllestelledunis