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1、收件日期:2006 - 12 - 28作者简介:张平,硕士,主任工程师,1996年北京科技大学钢铁冶金系毕业,2005年重庆大学材料工程硕士毕业,现供职于攀长钢钢管公司,联系电话:13881151377热处理工艺对Cr13型不锈钢组织和性能的影响张平1 周上祺2(1攀钢集团四川长城特殊钢公司钢管公司 四川 江油621701 2重庆大学材料工程学院 重庆400000)摘 要:选取Cr13型不锈钢小型材为研究对象,主要针对碳和热处理制度对钢材组织和性能的影响进行了研究,对生产实践具有重要指导意义。关键词:Cr13型不锈钢 热处理 组织 性能Effect of Heat Treatment Proc
2、ess on Structure and Property of Cr13 Stainless SteelZhang Ping1 Zhou Shangqi2(1 Sichuan Great Wall Steel Pipe Co. , Ltd. , Pangang Group 2 Chong Qing University , College of Material Science and Engineering)Abstract : According to the key research project of our company , the small sections of stai
3、nless steel Cr13 was selected as theobject of the study. In this paper , the effect of carbon content and heat treatment process on the structure and property was re2searched , which is significant for the production practice.Key Words : Cr13 stainless steel , Heat treatment process , Structure , Pr
4、operty引 言随着现代工业和科学技术的迅速发展,用户对 不锈钢数量需求日益增加的同时,也对其使用性能 提出了更高的要求。Cr13型不锈钢系马氏体不锈 耐热钢,在淬火、 回火后使用具有较好的耐蚀性、 热 强性和冲击韧性。但此钢种大多只有在经热处理后才能正确使用,对于许多再加工用户来说,热处 理无疑是摆在面前的一道难题,因此,攀长钢公司 提出以2Cr13为主要研究对象,主要通过实验室热 处理工艺研究,讨论其强韧性搭配的最佳工艺,摸 索出Cr13型不锈钢材综合性能达到最优的热处理 制度,同时运用到大生产实际当中去,为提供符合 用户近终使用状态的产品打下坚实的基础,并将科 技成果转化为经济效益。1
5、 Cr13型不锈钢的组织和性能1. 1 试验用料选用1Cr13、2Cr13和3Cr13三种钢材进行试验, 其化学成分见表1。1. 2 热处理工艺根据文献中对Cr13型不锈钢的热处理工艺研表1 试料的化学成分/wt %Table 1 Chemical compositions of test steels /wt %生产卡号钢种规格/ mm化 学 成 分 / %CMnSiPSCr04A24831Cr13“160.120.340.330.022 0.021 12.1304A24752Cr13“160.210.370.480.020 0.012 12.6504A24762Cr13“160.180.4
6、40.520.020 0.007 12.2704A24983Cr13“150.270.440.270.022 0.029 12.65注:其中除04A2483卡号的1Cr13是由模铸钢锭生产外,其余均由连铸坯生产。究,可以知道,在不同热处理状态下,得到的组织有着明显的区别,机械性能也随之而发生较大变化。 本次试验的目的是为大生产提供工艺参考,必须将铬不锈钢的组织、 机械性能变化规律摸索出来,因 此在考虑试验方案的时候,重点是确定淬火、 回火工艺制度。1. 2. 1 淬火制度的制定17淬火的加热温度和迅速冷却都是淬火工艺的 关键所在。对于Cr13型不锈钢而言,淬火温度有着至关重要的作用:淬火温度的
7、高低对回火后钢材的冲击韧性影响较大。相关资料4对Cr13型不锈钢的热处理工艺也作了详细说明:2Cr13不锈钢采用在Ac3附近950 淬火、 回火后与1 000 淬、 回火第13卷 总第52期 2007年第3期特钢技术 Special Steel TechnologyVol. 13(52) 2007 ,No. 3后比较,两者强度、 塑性指标几乎处于同一水平,但前者减弱了回火脆化倾向,提高了冲击韧性。同时,2Cr13不锈钢在950 淬火,可以减少淬火设备因高温工作而出现的维修费用,并降低了能耗,节省了工时,可以获得一定的社会效益和经济效益。另一方面,2Cr13不锈钢在950 淬火、 回火后可以获得
8、5 %10 %的铁素体,提高了铁素体抗5 %NaCl盐雾腐蚀能力。从抗腐蚀能力上讲也有一定益处。因此经过综合考虑,将Cr13型不锈钢的淬火温度定在950 比较合适。至于冷却方式,通常情况下以快冷(水冷)较为适宜,但由于钢材试样直径较小(“10 mm) ,采用空冷就能够完全满足冷却速度要求。1. 2. 2 回火制度的制定15 710淬火后的回火就是消除残余应力和增强钢的韧性。淬火后的马氏体和残余奥氏体是不稳定的组织,通过回火处理后的马氏体组织转变为回火马氏体、 回火屈氏体和回火索氏体组织,以达到所要求的组织和各项力学性能指标,这与回火温度的高低和回火时间关系很大。表2 回火硬度试验工艺方案Tab
9、le2 Process plan of tempered hardness test试验号试样编号淬火温度/不同组别回火温度 /04A24831Cr1304A24752Cr1304A24762Cr1304A24983Cr1311、223、435、647、8510、11612、13714、15816、17918、191020、211122、231224、251326、271428、291530、311632、331734、351836、371938、392040、412142、432244、452346、4795030035040045050051052053054055056057058059
10、0600620640660680700720740750表3 冲击试验工艺方案Table 3 Process plan of impact test试验号试样编号淬火温度/不同组别回火温度 /04A24831Cr1304A24752Cr1304A24762Cr1304A24983Cr1311、2、324、5、637、8、10411、12、13514、15、16617、18、19720、21、22823、24、25926、27、281029、30、311132、33、341235、36、371338、39、40950300350400500520540560580600630660700750为
11、体现回火不同阶段的组织形态区别及回火脆性发生阶段,特选择300 750 区间回火。冷却制度上,为了避免600 以上高温回火后产生脆性910,均采用回火后快冷(即水冷)方式。至于保温时间,由于试样直径较小,保温时间2 h 已经足够。1. 2. 3 热处理工艺的确定综上所述,试样的热处理工艺为:950 淬火,保温30 min ,空冷;300 750 回火2 h ,水冷。 本次试验分四个卡号分别做4组,每组在同一回火温度下选择多个试样(回火硬度试验为2个,回火0 冲击韧性试验为3个) ,具体方案见表2、3。1. 3 金相组织及力学性能1. 3. 1 金相组织的检验金相试样的制备:将冲击试验所用的试样
12、的非冲击变形面进行磨制、 抛光后加工成金相组织的检验试样。金相组织的显示:用盐酸酒精溶液与苦味酸酒 精溶液混合后侵蚀。金相组织的观察及金相照片的拍摄在奥林巴斯(OLY MPUS GX71)倒置式金相显微镜上进行。由于不同的组织有不同的金相特征,对于Cr13型不锈钢而言,在同等淬火条件下,回火温度对其 组织影响极大,这种影响可以通过硬度、 低温冲击韧性等指标表征出来。根据不同回火温度对硬度和低温冲击韧性的作用分析,主要存在三个变化区间,即:300 500, 500 550, 550 750。因此选取在四个典型回火温度(400、21 特钢技术 第13卷第3期500、550、750)下试验对金相组织
13、进行观察,以达到进一步解释硬度和冲击韧性变化的趋势性 行为。图112分 别 是 三 个 卡 号(04A2483、04A2475、04A2498)的试样1Cr13、2Cr13、3Cr13经四个典型温度回火后的金相照片。热处理制度为:950 保温30 min ,空冷;回火保温2 h ,水冷。312007年第3期 张平 周上祺:热处理工艺对Cr13型不锈钢组织和性能的影响 1. 3. 2 力学性能的测定 根据试验内容要求,将测定回火后的HB和Akv值。(注:Akv值测定温度为0)。所加工的冲击试样为101055 mm V型缺口 试样。这里需要对冲击韧性测定温度加以说明。通常41 特钢技术 第13卷第
14、3期表4 不同卡号的回火硬度平均值Table 4 Average values of tempered hardness of samples withdifferent serial numbers试验号试样编号回火温度/硬度平均值 (HB)04A24831Cr1304A24752Cr1304A24762Cr1304A24983Cr1311、230036241642643223、435037242943243835、640038542344743247、8450378429438447510、11500390433450447612、13510393445444438714、15520388
15、432423438816、17530358420432435918、195402803373763571020、215502833203373171122、235602623053213171224、255702542913192881326、275802363052852801428、295902472842932811530、316002352622802761632、336202202542702601734、356402402732782811836、376602282482572521938、396802192372482412040、417002162292452272142、43
16、7202092192312192244、457401912002142052346、47750202195230204图13 碳含量和回火温度对钢材的硬度影响曲线Fig 13 Curve of effects of carbon content and temperedtemperature on the hardness情况下实验室均采用25 室温测定,但由于攀长钢 公司生产提供的大多数Cr13型不锈钢都要求在低 温(0 及以下)下使用,因此本次试验选取0 作为回火后冲击韧性检验温度。 根据试验结果,将不同C含量的Cr13型不锈钢 棒材在不同回火温度下的硬度平均值和0 冲击平 均值计算出来,如表4和表5所示。同时由硬度平 均值作出碳含量和回火
