1Cr17Ni2钢的热处理工艺研究-马涛涛-(1)

引言1Cr17Ni2钢是一种用途广泛的马氏体不锈钢，它是在Cr17型不锈钢的基础上添加1.5%~2.5%Ni而发展起来的。其特点是在保留铁素体不锈钢耐蚀性的同时，又具有马氏体不锈钢的高强度。该钢是大型水轮发电机组和船用特种电机的轴、销、螺栓等部件的专用材料。1Cr17Ni2钢在热加工冷却过程中会不同程度地产生δ铁素体和残余奥氏体，所以其加工性能波动很大，另外此钢具有高温回火脆性，特别是回火温度对冲击韧性的影响明显。因此，1Cr17Ni2钢的热处理工艺对材料的合理使用起了重要作用。1理论分析及试验方案1.1材料特性及其影响因素1Cr17Ni2钢的熔点温度为1430℃~1510℃，Ac1约810℃。Ar1约780℃，Ms约357℃，Mf约140℃，比重约7.75g/cm3。其化学成分见表1。1Cr17Ni2是一种马氏体不锈钢，该钢在成型后须通过热处理才能获得较好的使用性能。在调质状态下其显微组织中主要包含马氏体、δ铁素体相、碳化铬析出相及残余奥氏体相，这些相的比例及形态决定了钢的机械性能。一般条件下材料的强化主要由马氏体相和少量的碳化铬析出相共同作用的结果，而过量的碳化铬析出相及δ铁素体相将降低材料的韧性和塑性。因此选择热处理工艺的依据主要是提高马氏体相比例、抑制δ铁素体相的产生、控制碳化铬的析出数量，以及尽可能细化马氏体组织。1.2试验方案1Cr17Ni2钢的淬火温度为950℃~1050℃，而回火可选择高温回火、中温回火、低温回火，温度范围很宽。1Cr17Ni2正常的淬火组织是马氏体和少量铁素体，淬火温度过高，会使钢中的铁素体与残余奥氏体含量增加，影响冲击韧性。故对于淬火温度我们选定了范围中偏下的一个温度（980℃×60min），回火温度分别选取了300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、1Cr17Ni2钢的热处理工艺研究马涛涛（攀钢集团江油长城特殊钢有限公司技术创新部四川江油621701）摘要：1Cr17Ni2钢在生产应用过程中其裂纹缺陷及热处理工艺影响着材料的综合性能，通过热处理工艺的优化，可获得优良的综合性能，研究表明，不同回火温度下该材料的碳化铬析出相的数量存在差异，从而导致冲击韧性的起伏。关键词：1Cr17Ni2；热处理；碳化铬中图分类号：TG156文献标识码：B文章编号：1674-0971（2011）03-032-03StudyonHeatTreatmentProcessof1Cr17Ni2SteelMaTaotao(TechnologyInnovationDepartment,SichuanChangchengSpecialSteelCo.,Ltd.,Jiangyou,Sichuan621701)Abstract:Intheproductionandapplication,thecrackandheattreatmentof1Cr17Ni2steelhaseffectonitscomprehensiveprop⁃erty.Throughoptimizationoftheheattreatmentprocess,goodcomprehensivepropertyofthematerialcouldbeobtained.Theinvestiga⁃tionresultshowsthatthereisadifferenceinamountofprecipitaedphasesofthematerialwhentemperedatdifferenttemperatures,whichcouldresultinvariationoftheimpacttoughness.Keywords:1Cr17Ni2,Heattreatment,ChromiumcarbideC0.11~0.17Si≤0.80Mn≤0.80P≤0.035S≤0.030Ni1.50~2.50Cr16.00~18.00表11Cr17Ni2化学成分Table1Chemicalcompositionof1Cr17Ni2steel收件日期：2011-06-23作者简介：马涛涛，助理工程师，昆明理工大学压力加工专业；现供职于攀钢集团江油长城特殊钢有限公司技术创新部，联系电话：[phone]特钢技术SpecialSteelTechonlogy第17卷总第68期2011年第3期Vol.17(68)2011.No.3DOI:10.16683/j.cnki.issn1674-0971.2011.03.010575℃、600℃、625℃、650℃，15个温度进行对比试验，以期找出最佳回火温度。2试验结果与分析将试样在箱式电炉中按“试验方案”进行热处理后，加工成标准拉伸试样及梅氏冲击试样，分别表2试验数据表Table2Testresult回火温度/℃300325350375400425450475500525550575600625650延伸率/%12.5114.1015.1516.1016.3516.4816.6216.6816.6516.7116.8817.0117.4816.2118.12抗拉强度Rm/MPa146114001360141014151420142214231430143313601460950900895冲击韧性Aku/J42.157.254.853.852.651.150.846.239.644.245.346.590.295.065.5图1不同回火温度下的延伸率Fig.1Elongationofthe1Cr17Ni2steeltemperedatdifferenttemperatures回火温度/℃延伸率/%图2不同回火温度下冲击韧性和抗拉强度Fig.2Impacttoughnessandtensilestrengthofthe1Cr17Ni2steeltemperedatdifferenttemperatures回火温度（℃）抗拉强度Rm（MPa）冲击韧性AKu（J）图31Cr17Ni2钢淬火后不同温度回火的金相组织Fig.3Microstructuresofthequenched1Cr17Ni2steeltemperedatdifferenttemperatures300℃回火340℃回火625℃回火500℃回火2011年第3期马涛涛：1Cr17Ni2钢的热处理工艺研究··33特钢技术第17卷第3期在拉伸试验机及冲击试验机上进行力学性能试验，检测结果如表2所示。以回火温度为横坐标，延伸率为纵坐标，将数据关系在坐标中标注并用曲线连接可得图1。以回火温度为坐标，抗拉强度和冲击韧性为纵坐标，将数据关系在坐标中标注并用曲线连接可得图2。由图1及图2可以看出：（1）随着回火温度的升高，延伸率稳步提高，抗拉强度不断下降，同时冲击韧性出现了先上升后下降继而又回升的趋势。（2）1Cr17Ni2钢在475℃~550℃之间存在脆性区。（3）在340℃左右，冲击韧性处于波峰顶部，对应的抗拉强度和延伸率都相对较高，所有温度中340℃综合性能数据最佳，所以我们最终选定了340℃作为该材料的回火处理温度。在此温度下进行了再现性试验，结果达到了预期效果。在回火处理温度300℃～650℃内，我们选取了300℃、600℃、625℃三个回火温度的金相检测，同时加做了340℃回火的金相检测，在光学显微镜下观察组织如图3所示。从图3不同回火温度的金相图片来看，300℃回火和340℃回火温度下的组织相似，主要是回火马氏体、淬火马氏体以及少量残留奥氏体，白色块状物为铁素体。500℃处于回火脆性区，其组织中析出了大量弥散的碳化铬。625℃回火温度下的组织为回火索氏体、少量淬火马氏体以及块状分布的铁素体。对比力学性能结果，表明了铁素体的含量对冲击韧性产生影响。铁素体含量较高，其冲击韧性较低。控制铁素体含量可以提高材料的冲击韧性。从显微组织中发现，在不同的回火温度下都会存在白色颗粒物，500℃时白色颗粒较多，经能谱分析确定为碳化物（Fe,Cr）7C3（如图4所示）。对比试验所得的力学性能数据，验证了在脆性区弥散的碳化铬对冲击韧度的影响，经分析，碳化铬的存在一方面影响了该材料的冲击韧性，增加晶间腐蚀几率，另一方面也起到了弥散强化作用。在低温回火下碳化铬析出量较多，其抗拉强度较高。高温回火有助于Cr重新固溶到基体中去，故625℃回火时碳化铬的含量明显减少，其抗拉强度也随之下降。3结论（1）采用980℃淬火、340℃回火的热处理工艺可以使1Cr17Ni2获得良好的综合性能。（2）1Cr17Ni2在低温回火下，碳化铬析出量较多，其抗拉强度较高，高温回火有助于Cr重新固溶到基体中去，故625℃回火时碳化铬明显减少，其抗拉强度也随之下降。（3）1Cr17Ni2析出相碳化铬可以提高该材料的抗拉强度，但不利于冲击韧性。致谢：本文在写作过程中得到了技术创新部广大同仁及质量计量中心、专业厂各级领导和工人师傅的大力支持和配合，在此对他们的帮助和关心表示衷心的感谢。参考文献[1]李威李红丹刘威.1Cr17Ni2不锈钢热处理工艺试验研究[J].哈尔滨电机厂有限公司.2005[2]官力孙云焕.1Cr17Ni2钢的热处理性能研究[J].上海汽轮机有限公司.2002[3]催忠覃耀春.金属学与热处理[M].机械工业出版社;2007.7图4白色颗粒能谱分析Fig.4Spectrumanalysisonwhiteparticle··34