1Cr17Ni2馬氏體精煉鋼鍛件熱處理工藝

1Cr17Ni2高強度馬氏體不銹鋼因具有良好的耐腐蝕性及較高的強度而被廣泛使用,目前該鋼也被廣泛用于大型裝備制造領域。1Cr17Ni2材料對組織、成分、雜質和加工工藝比較敏感,有時沖擊功相對較低,在使用過程中容易失效。本文為了避免成分和雜質對1Cr17Ni2鋼的力學性能產生影響,使用電渣重熔的1Cr17Ni2鋼鍛件為原材料。通過對1Cr17Ni2鋼鍛件進行不同熱處理工藝的試驗,檢驗其綜合力學性能指標,結合金相顯微組織及斷口形貌分析,選出可用于實際生產的最佳熱處理工藝參數。目前有關各類不銹鋼熱處理工藝研究的報道很多,例如參考文獻[1–4];關于1Cr17Ni2鋼熱處理工藝研究的報道也不少,但就正火＋淬火＋二次回火熱處理工藝研究的報道很少。本文采用正交試驗法對1Cr17Ni2鍛件進行正火＋淬火＋二次回火的熱處理工藝優化。

試驗材料及方法

本試驗所用的1Cr17Ni2鋼鍛件試棒,其冶煉方法是電爐冶煉＋電渣重熔精煉,從而保證材料的原始組織中無縮孔、疏松、嚴重偏析及其它有害缺陷，其化學成分如表1所示。所用試棒的尺寸規格為80 mm x 100 mm,試棒在粗加工后,分別按照不同的熱處理工藝進行熱處理。

應用正交試驗法對1Cr17Ni2精煉鋼鍛件的熱處理工藝參數進行了優化試驗,熱處理工藝為正火＋淬火＋兩次回火。正火溫度均采用1020 ℃,冷卻方式為空冷;淬火冷卻方式為油冷;第一次回火冷卻方式為油冷,第二次回火冷卻方式為空冷;淬火采用了5種不同的溫度,二次回火采用了3種不同的組合溫度,共15種熱處理參數試驗,具體的熱處理溫度見表2或表3,每爐試驗放試棒3件。常溫拉伸試驗按GB/T 228.1—2010金屬材料一拉伸試驗第一部分:室溫試驗方法[6進行,試樣尺寸為d6 mm標準短試樣;沖擊試驗按GB/T 229—2007金屬材料—夏比擺錘沖擊試驗方法"進行。采用金相顯微鏡觀察其金相組織,掃描電鏡觀察其沖擊斷口形貌。鐵素體含量測定按GB/T 13305——2008不銹鋼中α相面積含量金相測定法[8標準進行。

力學性能的試驗數據

屈服強度和抗拉強度試驗結果見表2;沖擊功的試驗結果見表3;塑性指標都能保證合格,沒有列出。為了更直觀地比較熱處理工藝參數對力學性能的影響,繪制了折線圖,見圖1。圖1( a)是熱處理工藝參數對屈服強度的影響;圖1(b)是熱處理工藝參數對抗拉強度的影響;圖1(c)是熱處理工藝參數對沖擊韌性的影響,沖擊韌性值為3個數據的平均值。

從圖1可以看出:890 ℃淬火時屈服強度和抗拉強度低,而且沖擊韌性也是低的;其它幾種淬火溫度下,屈服強度和抗拉強度的變化不大。在相同的淬火溫度下,隨著回火溫度的升高,強度明顯降低,且降低的幅度較大。淬火溫度大于890℃時,隨著淬火溫度的降低,沖擊韌性值增大,淬火溫度為920℃時達到最大值;隨著回火溫度的提高,沖擊韌性值增大,而且增加的幅度差別較大。因此,1Cr17Ni2精煉鋼最佳力學性能的熱處理工藝為1020℃正火+920℃淬火＋(670 ℃ +630 ℃)二次回火。

按該材料的臨界轉變溫度看,1010、980、950 c為*淬火,920 ,890℃為亞溫淬火。當加熱到臨界區時,在原奧氏體晶界上形成細小的球形奧氏體，

在原馬氏體條內形成條形奧氏體,淬火后得到細小的復相組織。晶粒細小使裂紋擴展有效長度變短，

裂紋沿小晶粒擴展的阻力變大,條狀復相組織內形成的界面比常規熱處理的晶界面積要大,這樣就能有效地防止應力集中和阻止裂紋擴展,故能大幅度提高鋼的韌性。并且由于相界面增多,固溶強化作用增大,這兩種強化作用大于由于鐵素體存在的弱化作用。因而在改善韌性的同時,仍保持較高的強度水平。從力學性能數值和斷口形貌觀察結果可以看出,890℃淬火后的綜合力學性能最差,其主要原因是890℃淬火溫度的奧氏體化程度不夠,在后續的熱處理過程中相變不充分,導致組織轉變不*，造成了綜合力學性能較低。而920℃亞溫淬火后，材料的沖擊韌性明顯提高,即合理的亞溫淬火在不降低材料強度的基礎上,大大提高了材料的沖擊韌性。

結論

采用正交試驗法對1Cr17Ni2精煉鋼鍛件的熱處理工藝參數進行了優化,以力學性能數據為主要參考依據,結合顯微組織分析、鐵素體含量的測定結果、掃描電鏡斷口形貌分析,我們最后選定的最佳熱處理工藝為1020℃正火＋920℃淬火＋(670 ℃+630 ℃)二次回火,實際應用的效果很好。