回火温度对ZG0Cr13Mn8N钢显微组织的影响

回火温度对ZG0Cr13Mn8N钢显微组织的影响王正傅万堂杨阳摘要：研究了铬锰氮双相(马氏体-奥氏体)ZG0Cr13Mn8N钢在400～700℃温度区间内回火后的显微组织。结果表明，ZG0Cr13Mn8N钢在580℃回火时奥氏体量增多；淬火和逆变奥氏体在低于580℃回火时都十分稳定，而高于580℃回火时则不稳定；随着回火温度的升高，马氏体板条特征愈加不明显，且在板条马氏体和奥氏体内均有M7C3型碳化物析出、聚集和长大。关键词：铬锰氮不锈钢回火温度显微组织EffectofTemperingTemperatureonMicrostructureofSteelZG0Cr13Mn8NWangZhengandFuWantang(YanshanUniversity,Qinhuangdao066004)YangYang(HeilongjiangBeifangGlassCoLtd)Abstract：ThemicrostructureofaCrMnNdualphase(martensite－austenite)steeltemperedattemperature400～700℃wasstudied.TheresultsshowthattheaustenitecontentwasmaximuminthesteelZG0Cr13Mn8Ntemperedat580℃.Thequenchingausteniteandreversibletransformationaustenitewereverystableinsteeltemperedatthetemperaturebelow580℃,andwereunstableinsteeltemperedatthetemperatureover580℃.Withincreasingthetemperingtemperatureandtime,theM7C3carbidesprecipitated,accumulatedandgrewupinmartensiticlathandaustenite,butwithincreasingtemperingtemperaturethecharacteristicofthemartensiticlathwasnotappreciable.MaterialIndex：CrMnNStainlessSteel,TemperingTemperature,Microstructure▲超低碳铬锰氮双相(马氏体-奥氏体)不锈钢是一类新型并有很大发展潜力的水轮机用不锈钢，它由马氏体保证强度，由奥氏体保证塑性和韧性，由使用过程中的应变诱发马氏体相变来延缓气蚀破坏。目前，关于这类钢中碳化物的析出动力学［1，2］、奥氏体的热稳定性［3］以及抗气蚀性能和机制［4，5］等问题，已进行过较系统的研究，但回火工艺对显微组织与亚结构影响方面的研究还不多。本文针对ZG0Cr13Mn8N钢的这一问题加以探讨，以期为这类钢的热处理工艺的制定及性能控制提供理论依据。1试验方法试验用钢及膨胀分析方法同文献［1］，定量分析用D/max-rB型X射线衍射仪(Cu靶、50kV、100mA)，TEM分析用H-800透射电镜，金相分析用Nephoto-21金相显微镜。热处理后的试样经水砂纸细磨后在10%的高氯酸酒精溶液中电解抛光(电压27V，温度15～25℃，时间3～7s)，显微组织用FeCl3(5g)+HCl(50ml)+H2O(100ml)溶液腐蚀。2试验结果与分析2.1回火温度对奥氏体量的影响图1为试验用钢在400～700℃温度区间内几个温度分别回火2h后奥氏体量的变化(XRD定量分析结果)。由于该钢的Ac1点(540℃)［1］就在此温度范围内，故回火过程中相组成的变化与Ac1点有关。图1ZG0Cr13Mn8N钢在不同温度回火后奥氏体量的变化Fig.1EffectoftemperingtemperatureonausteniteamountinsteelZG0Cr13Mn8N由图1可知，从540℃开始，随着回火温度的升高，冷至室温后的奥氏体量也随之增多，在580℃左右时为最多(体积含量约32.2l%)，此后随回火温度的升高而迅速下降，以致到650℃左右奥氏体量基本不再变化。在500～600℃之间不同温度作回火膨胀曲线发现，在580℃以下回火，逆变奥氏体和淬火奥氏体(淬火时保留的奥氏体)都十分稳定(图2a)；当回火温度超过600℃，部分逆变奥氏体和淬火奥氏体在回火后的冷却过程中转变成马氏体(图2b)。这是因为在540℃到580℃温度范围内回火所形成的逆变奥氏体即使冷却到室温仍保留下来，且在此温度区间回火，淬火奥氏体也是稳定的。而在580℃以上温度回火所形成的奥氏体则是不稳定的，冷至室温以后即转变成马氏体，且淬火奥氏体由于发生催化作用［6］部分地转变成马氏体。图2ZG0Cr13Mn8N钢在580℃(a)和600℃(b)回火2h的膨胀曲线Fig.2DilatometriccurvesofsteelZG0Cr13Mn8Ntemperingattemperature580℃(a)and600℃(b)for2h.2.2不同温度回火后的显微组织特征金相观察和XRD分析结果表明，在500℃以下回火，如经400℃回火后，G3钢的显微组织为回火马氏体和奥氏体，此时回火对其组织组成没有影响，并在很大程度上保留了淬火马氏体位向。在500℃～Ac1温度回火后的组织仍为回火马氏体和奥氏体，淬火马氏体位向仍在一定程度上保留着，并且α相基本脱溶。随着回火保温时间的延长，部分位错(其中包括小角度晶界，即板条界上的位错)将通过滑移与攀移而相消，使位错密度下降以及部分板条界消失，相邻板条界合并成宽的板条。剩下的位错将重新排列成位错缠结，逐渐转化成位错胞。位错胞壁以及胞壁间的位错又因位错的滑移、攀移、多边化和亚晶粒长大等过程而被大量消除(图3a)，不过此时马氏体板条特征依然存在(图3b)，且板条内有碳化物析出并聚集长大(图4)。此外，这一时期奥氏体内也有碳化物析出。经标定电子衍射花样，在马氏体和奥氏体内析出的碳化物均为M7C3型。图3ZG0Cr13Mn8N钢经500℃/35h回火后的显微组织，TEM:(a)位错晶胞;(b)板条马氏体Fig.3TEMmorphologyofstructureofsteelZG0Cr13Mn8Ntemperedat500℃for35h:(a)cellsofdislocation;(b)lathsofmartensite图4ZG0Cr13Mn8N钢经500℃/35h回火马氏体板条内析出碳化物，(a)明场和(b)暗场Fig.4CarbidesprecipitatedinmartensitelathofsteelZG0Cr13Mn8Ntemperedat500℃for35h:(a)brightfield;(b)darkfield在Ac1～580℃回火，组织为回火马氏体和奥氏体(淬火奥氏体+诱导奥氏体)(图5a)，此时淬火马氏体的位向已基本消失，而且比较细小、均匀。碳化物从α相析出、聚集。600℃以上回火的组织为回火马氏体+奥氏体+非回火马氏体(图5b)，此温度回火即相当于不完全淬火。非回火马氏体一部分来源于逆变奥氏体在回火冷却过程中的马氏体转变，另一部分则来自因高温回火后的催化作用而引起的淬火奥氏体在冷却过程中的马氏体转变。图5ZG0Cr13Mn8N钢在570℃(a)和600℃(b)回火2h后的显微组织Fig.5MicrostructureofsteelZG0Cr13Mn8Ntemperedat570℃(a)and600℃(b)for2h3结论(1)回火对含亚稳奥氏体的ZG0Cr13Mn8N钢组织与亚结构有显著的影响。在580℃以下回火，淬火奥氏体和逆变奥氏体都十分稳定；超过600℃回火，淬火奥氏体和逆变奥氏体不再稳定，冷至室温后部分地转变成马氏体；580℃回火后的残余奥氏体量最多(约32.2%)。(2)回火温度越高，ZG0Cr13Mn8N钢中位错密度下降得越多，马氏体板条特征越不明显。经较长时间回火，在马氏体板条和奥氏体内均有M7C3型碳化物析出并聚集长大。■作者简介：王正，男，39岁，工程师。1988年毕业于燕山大学，从事金属材料与热处理工作、研究。作者单位：王正(燕山大学，秦皇岛066004)傅万堂(燕山大学，秦皇岛066004)杨阳(黑龙江省北方玻璃有限公司)参考文献：［1］傅万堂等.一种CrMnN不锈钢中碳化物等温沉淀动力学研究.材料科学与工艺，1997，5(2)：40［2］傅成堂等.ZG0Cr13Mn8N钢奥氏体中碳化物连续冷却析出动力学研究.金属热处理学报，1998，19(1)：54［3］傅万堂.铬锰氮双相不锈钢过冷奥氏体热稳定性研究.金属热处理，1997，(11)：9［4］傅万堂.新型铬锰氮不锈钢的抗气蚀性能，1997，9(5)：38［5］FuWantang，etal.StructuralChangesafterCavitationErosionforaCrMnNStainlessSteel.Wear,1997,205:28［6］刘云旭.金属热处理原理.北京：机械工业出版社，1984,230