鑄造低碳馬氏體不銹鋼中σ相析出行為及其對材料力學(xué)性能的影響研究.pdf

1、鑄造低碳馬氏體不銹鋼憑借良好的淬透性、優(yōu)良的室溫和低溫力學(xué)性能、良好的冷熱工藝性能廣泛應(yīng)用于制造水輪機(jī)泵、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片、壓縮機(jī)葉輪等大中型鑄件。這些大中型鑄件由于體積龐大、導(dǎo)熱系數(shù)低、凝固后的冷卻速度非常緩慢，在凝固過程中常引起δ鐵素體的形成，在500～800℃溫度范圍較長時間停留時，δ鐵素體存在向σ相轉(zhuǎn)變的傾向。δ鐵素體和σ相均為鑄造低碳馬氏體不銹鋼中的有害相，嚴(yán)重影響鋼的塑性和韌性。研究鑄造低碳馬氏體不銹鋼中σ相的析出行為及其對材

2、料力學(xué)性能的影響，對于提高這些大型關(guān)鍵部件的性能指標(biāo)和服役壽命具有重大的工程意義。 本研究選取典型鑄造低碳馬氏體不銹鋼ZGOCr13Ni4Mo(Ni4鋼)、ZGOCr13Ni5Mo(Ni5鋼)為研究對象，對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了σ相析出敏化處理及兩次回火處理。通過光學(xué)金相分析、掃描電鏡斷口分析和透射電鏡結(jié)構(gòu)分析，研究了鋼中σ相形成溫度范圍及其在不同熱處理狀態(tài)下對材料的室溫拉伸、沖擊和低溫沖擊性能的影響。研究得出以下結(jié)論： 1．鑄

3、造低碳馬氏體不銹鋼Ni4、Ni5鋼在700～790℃溫度區(qū)間加熱一定時間后，在δ鐵素體晶界上會有顆粒狀的σ相析出。σ相析出的鼻尖溫度在700～750℃范圍內(nèi)，在此溫度區(qū)間析出時間短、數(shù)量多、析出相尺寸大；隨著保溫時間的增長，σ相的尺寸和數(shù)量增加，在750℃附近增長尤為明顯。當(dāng)加熱溫度高于750℃，σ相析出孕育期隨著加熱溫度的升高而延長。 2．除加熱溫度和加熱時間外，合金元素對σ相析出也有很大影響。δ鐵素體中鉻含量的富集促進(jìn)σ相的

4、析出；δ鐵素體中鎳含量的大幅度降低減輕鎳對σ相析出的抑制作用；鉬和硅都是強(qiáng)鐵素體形成元素，它們對σ相的析出也有促進(jìn)作用，尤其是鉬在高溫回火時在6鐵素體中強(qiáng)烈富集，為σ相的析出提供了非常有利的條件。 3．Ni4鋼在700℃、750℃進(jìn)行σ相析出敏化處理后空冷，隨著處理時間的延長，σ相的數(shù)量和尺寸增加，室溫抗拉強(qiáng)度升高，室溫和低溫沖擊韌性降低，但塑性變化不大；沖擊實(shí)驗(yàn)溫度越低，沖擊韌性降低的幅度越大。750℃處理比700℃處理具有更

5、高的抗拉強(qiáng)度，更低的塑性、室溫和低溫沖擊韌性，主要是由于700℃處理時二次淬火馬氏體含量較少、逆變奧氏體含量較多所致。 4．將經(jīng)過正火或700℃、750℃σ相析出敏化處理后的Ni4鋼進(jìn)行(620℃+580℃)兩次回火，抗拉強(qiáng)度均比正火態(tài)的抗拉強(qiáng)度降低，延伸率和沖擊韌性提高，這是由于回火形成大量逆變奧氏體的結(jié)果。經(jīng)過兩次回火處理后，原700℃處理試樣的室溫抗拉強(qiáng)度略低于原正火態(tài)和原750℃處理的試樣，室溫塑性高于原正火態(tài)和原75