新型奥氏体不锈铸钢的固溶处理

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1、新型奥氏体不锈铸钢的固溶处理Via常州精密钢管博客新型奥氏体不锈铸钢的固溶处理奥氏体型钢按合金化系列，除Mn-Al系类型外，主要还有Cr-Ni系（普通奥氏体不锈钢）、Cr-Ni-Mn-Mo-N系。我国现有的Cr-Ni系奥氏体钢主要用于有腐蚀性的化学介质（主要是各类酸），要求能耐腐蚀，虽然生产工艺成熟，配套材料较完备，但由于对强度要求不高，相对船舶用钢的强度要求偏低，且一般的奥氏体钢在低温下会产生马氏体相变而引起脆性。因此，我国现有的Cr-Ni系奥氏体不锈钢不能满足船舶材料的使用要求。ZG0Cr21Ni13Mo3NbN钢是一种新型的高性能奥氏体钢，强度在450MPa以上，成分设计采用的是超低碳C

2、r-Ni-Mn-Mo-N系，基本的设计思路为：以Cr、Ni为主要合金元素，降低钢中碳含量（质量分数）到0.05%以下，以保证钢的焊接性，并防止晶间腐蚀；通过氮强化提高钢的强度，弥补降碳引起的强度损失，还可提高奥氏体的稳定性，改善耐蚀性能；加入Mo、Si提高钢的抗点蚀和抗应力腐蚀性能；添加Nb等稳定化元素，防止钢的晶间腐蚀；加入Mn提高N的溶解度，有利于含N钢的熔炼。同成分系铸钢的性能也具有较高的力学性能，但其显微组织受固溶温度的影响比较敏感。本文从固溶温度对ZG0Cr21Ni13Mo3NbN钢显微组织的影响着手，简略分析两者之间的关系。1．试验材料试验用ZG0Cr21Ni13Mo3NbN铸钢采

3、用50kg感应电炉熔炼，化学成分见表1。试验用试样尺寸为Φ30mm×40mm。固溶处理设备为高温箱式炉。试验方法是将试样在1050~1150℃保温一定时间并在水中冷却，以观察试样在不同固溶温度下的组织。2．试验结果及分析讨论（1）铸态组织图1为此钢浇注后的铸态金相。从图中可以看到，此钢的铸态组织中，除了主要的奥氏体基体外，在晶界和晶内还存在有弥散碳化物和δ铁素体，而且沿晶界析出的要比沿晶内析出的多。铸态下钢中铬和碳结合生成碳化物，造成晶界贫铬，使之抗晶间腐蚀性能极差，钢的韧性也下降，同时由于存在少许铁素体，不能满足对100%奥氏体的使用要求，所以铸态奥氏体不锈钢不能直接使用，必须通过固溶处理，

4、使之转变为100%奥氏体，以提高其抗晶间腐蚀性能及其他性能要求。图1铸态金相组织100×（2）固溶工艺的初步选择ZG0Cr21Ni13Mo3NbN是一种新型的奥氏体不锈钢，其没有一种固定的热处理规范。本试验使用箱式电炉加热，根据经验，500℃装炉升温到1050℃，按1～2min/mm进行保温。热处理后其金相组织如图2所示。图21050℃固溶金相组织500×由图2可以看出，此钢经1050℃固溶后，其组织仍为奥氏体基体上分布着弥散碳化物和δ铁素体。与图1相比，弥散碳化物与δ铁素体并未完全消失，在晶界和晶内仍然存在有弥散碳化物和δ铁素体，这与铸态组织相差无几。采用GB/T1574—1995《定量金相

5、手工测定方法》测定其中的δ铁素体含量为4.7％。为验证金相分析结果，采用扫描电子显微镜观察图2A点处的能谱，得到如图3及表2的结果。由表2可知，该组织确为δ铁素体，它与奥氏体基体相比，Cr含量偏高，而Ni含量偏低，说明此种固溶处理基本没有达到预期的目标。下一步将对固溶工艺进行改变，以期得到100％的奥氏体组织。图3A点处的能谱（3）改进后的热处理工艺根据相关文献介绍，合金元素在α和γ两相中分配是不同的，α相中富集了铁素体形成元素，而γ相中富集了奥氏体形成元素，且分配系数不是恒定的，是随着加热温度和相比例的变化而改变的。一般情况下，随固溶温度的提高，合金元素会逐渐趋向于平衡，即α相中的Cr、Mo

6、、Si含量逐渐降低，Ni、Cu含量逐渐升高。由此说明，固溶处理温度低或保温时间过短，都会使钢中δ铁素体不能有效地进行扩散及碳化物分解。因此，根据此种指导思想，分别制订了两种热处理工艺规范：1100℃及1150℃固溶处理，按2～3min/mm进行保温。1）1100℃固溶处理结果1100℃固溶处理之后，此种新型奥氏体钢的金相组织如图4所示，组织为奥氏体+δ铁素体。与图2相比较，可以明显看出提高固溶温度后，δ铁素体的含量已经有了明显的减少，且弥散碳化物已经基本消失（即使存在，其含量也已相当少，仅为2.3％）。由此也可以说明，提高固溶温度对该铸钢的奥氏体化是有帮助的，但是其中的铁素体还没有完全消失，因

7、此，有必要进行更高温度的固溶处理。图41100℃固溶金相组织100×（2）1150℃固溶处理结果1150℃固溶处理之后，此种新型奥氏体钢的金相组织如图5所示，组织为奥氏体+少量碳化物。可以明显地看出，提高固溶温度后，δ铁素体已经有明显消失，而且弥散碳化物大量减少。通过对其性能检测，完全满足指标要求。但若再升高温度，奥氏体组织会出现长大，这将不利于此钢性能的保证。因此，我们认为此铸钢的最佳热处理工艺