双相不锈钢的热处理方法

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1、2004年4月Apr. 2004第23卷第2期Vol.23 No.2辽宁工程技术大学学报Jour nal of Lia oning Tech nical Uni versity文章编号：1008-0562(2004)02-0256-03低碳奥氏体一马氏体双相不锈钢热处理工艺研究赵惠，李智超(辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新123000)摘 要:研究了低碳奥氏体一马氏体双相不锈钢在不同回火温度下硬度变化规律。根据回火硬度的变化，分析了回火过程中组织转变及逆转变奥氏体对回火硬度的影响。同时在一次回火的基础上进行了二次回火处理，比较一次回火和二次回火的硬度变化规律，确定了低碳奥氏体一马氏体双相

2、不锈钢的最佳热处理工艺。关键词：奥氏体一马氏体双相不锈钢；逆转变奥氏体；回火硬度中图号：TG 156文献标识码：AResearch on heat treatment processes of low carbon austenite-martensitedouble phase stainless steelZHAO Hui ，LI Zhi-chao(College of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000,China)Abstract : This paper has studied har

3、d ness cha nging law of low carb on auste nite-marte nsite double phases stai nless steel at differe nt temperi ng temperatures. Accord ing to temperi ng hard ness cha nge, we an alyze the effect of the cha nge of microstructure and adverse tran sformatio n auste nite on the temper hard ness. At the

4、 same time, on the basis of one time temperi ng we have done twice temperi ng freatme nt Compari ng their hard ness cha nging law, we determ ine low carb on auste nite-marte nsite double phases sta ini ess steel s best tech no logy of healKey words : auste nite-marte nsite double phases sta ini ess

5、stee； adverse tran sformati on auste nite ； temper hard ness 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/ki.iidt2004年4月Apr. 2004 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/ki.iidt2004年4月Apr. 2004不锈钢在工业生产和日常生活中

6、都有广泛的 应用，在国民经济中占有重要的地位。近年来，国 内外的一些科研机构对马氏体不锈钢作了更加深 入的研究，在马氏体不锈钢中适量的加入一些合金 元素，并通过相对简单的热处理工艺就可以获得具 有优良性能的低碳奥氏体一马氏体双相不锈钢。这 种钢中的逆转变奥氏体对钢的力学性能有很大影 响，随逆转变奥氏体的增多，强度下降，韧性变化 不大。本次实验，通过对B2这种低碳的奥氏体一马氏 体双相不锈钢进行的热处理，分析空冷淬火后的马 氏体在回火加热过程中组织变化，特别是逆转变奥 氏体对回火硬度的影响。1实验材料及工艺1.1 实验材料本实验所用低碳奥氏体一马氏体不锈钢B2化学成分如表1所示。表1 实验用钢的

7、化学成分Tab.1 the chemical compositi on of steel钢号CNiMoMnVSiCrNB20.034.480.620.840.300.5415.00.07表2钢二次回火实验方案Tab.2 twice temperi ng experime nt scheme淬火回火1 000 Cx 2 h淬火空冷500 Cx 2 h+450 Cx 2 h 空冷550 Cx 2 h+500 Cx 2 h 空冷600 Cx 2 h+550 Cx 2 h 空冷1.2 热处理工艺本次实验对 B2钢进行1 000 CX 2 h空冷淬火， 然后分别在 150 C，300 C，450 C，6

8、00 C，700C，850 C，900 C回火。回火过程均保温 2 h后空 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/ki.iidt2004年4月Apr. 2004 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/ki.iidt2004年4月Apr. 2004收稿日期：2003-04-02作者简介：赵 惠（1979-），女，辽宁 本

9、溪人，硕士。本文编校：唐巧凤 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/ki.iidt第2期赵惠等：低碳奥氏体一马氏体双相不锈钢热处理工艺研究257冷。部分试样进行二次回火处理，如表2所示。1.3性能测试试样经过上述回火处理后，利用HR 150DT型洛氏硬度测试洛氏硬度，用71型显微硬度计测试显微硬度。2实验结果与分析2.1回火硬度空冷淬火试样经不同温度回火硬度如表3所示。表3辛時回火硬度Tab.3temperi ng hard ness of B2热处理工艺

10、HRCHm铸态26.4-1 000 C空冷32.7266.6150 C33.6286.2300 C32.6342.8450 C32.0385.9600 C31.8294.41 000 C空冷650 C29.6700 C30.7329.5850 C32.2294.4900 C32.0-500C+450 C33.7378.6550C+500 C34.3313.5600C+550 C35.0404.0根据所得HRC值，作回火硬度曲线图 1。重新分配，奥氏体形成元素 C、N、Mn、Ni等进入 奥氏体内，铁素体形成元素Cr、Mo等进入铁素体内，因而此时的逆转变奥氏体合金化程度高，稳定 性好，回火空冷时仅

11、小部分转变为新马氏体，大部 分保留下来，为残余逆转变奥氏体。再者，空冷淬 火的马氏体随回火温度的升高而回火更充分，故回 火硬度不断下降，在回火温度为650C时达到最低值。此时残余逆转变奥氏体最多，回火马氏体得到 充分回火。回火温度继续上升时，生成的新马氏体 量增多，因而在750 C回火时硬度升高。回火温度 在750850 C过程中，回火马氏体回火更加充分， 故硬度下降。在回火温度上升到 900 C过程中，加 热温度超过AC3进入了单相区，回火空冷时相当于 再一次空冷淬火，故硬度升高。2.2回火组织图2 空冷淬火1 000 X2h组织X 400Fig.2 empty cold quench 1

12、000 X 2hMicrostructure X 400图2为B2钢空冷淬火态组织，B2钢含碳量低， 因而空冷时可获板条马氏体。图中黑块为板条马氏 体，白区为残余奥氏体。 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic ?ubijihLiig Huuse. Al rights reserved,http:ivAnki.iidt第2期赵惠等：低碳奥氏体一马氏体双相不锈钢热处理工艺研究257图3 300 C回火组织 X 400Fig.3 300 C tempering microstructure X 400图3为B2在300C回火时的组织。其组织仍 为板条

13、马氏体和残余奥氏体，但由于此时碳化物弥 散析出，板条已有细化倾向，回火时残余奥氏体发 生转变，残余奥氏体减少。图中表现为板条马氏体图1 B2钢回火硬度曲线Fig.1 fiery hardness curve of B2由图1可以看出该钢的回火硬度变化规律：回 火温度从100 C上升至150 C过程中，由于马氏 体不断分解析出弥散的渗碳体型碳化物，回火硬度 随回火温度升高而稍有上升。回火温度从150 C逐渐升至500 C时，由于马氏体回火转变过程进行充 分，因而导致回火硬度连续下降。当回火温度为550C时，硬度出现峰值。这是因为在此温度回火时， 一些难熔的强碳化物和氮化物弥散析出，产生二次 硬化

14、，引起硬度升高。由于钢中含有大量扩大奥氏 体区元素：Ni、Mn、N等，因而当回火温度超过 550 C,即出现了逆转变奥氏体。在铁素体和逆转 变奥氏体两相区时，逆转变奥氏体空冷后获新生马 氏体和残余的逆转变奥氏体。在两相区，合金元素 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic ?ubijihLiig Huuse. Al rights reserved,http:ivAnki.iidt258辽宁工程技术大学学报第23卷 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic ?ubijihing House. Al rig

15、hts reserved, http:Anki.iidt块更细小，白区即残余奥氏体变少。图4 B2的600 C回火组织 X 400Fig.4 600C tempering microstructure X 400图4为600 C回火时的组织。回火温度达 600 C时，已进入两相区，有逆转变奥氏体出现，空冷 后得到新马氏体和回火马氏体及残余的逆转变奥 氏体。有关资料指出，残余的逆转变奥氏体十分细 小弥散，因而光镜无法区分逆转变奥氏体2。回火马氏体在图中呈现暗黑色，白色部分为新生马氏体 和残余的逆转变奥氏体2.3 二次回火B2钢一次回火组织中有未经过回火的新马氏 体存在。为了使新马氏体得到充分的回

16、火，必须进 行二次回火。由表 2可以看出二次回火后 B2钢的组织硬度有所提高。这是因为二次回火后，B2钢中碳化物弥散度很高，从而细化了组织，使硬度提高。 而且，二次回火后组织中尚保留一定量的逆转变奥 氏体，因此该钢在具有高硬度的同时还具有足够的 韧性。3 结 论(1) B2钢在回火温度超过 550 C时，开始出 现逆转变奥氏体，回火硬度不断降。它在650 C时 逆转变奥氏体最多，回火硬度出现最低点。(2) B2钢推荐热处理工艺为1 000 CX 2 h 淬火空冷+600 CX 2 h+550 CX 2 h空冷。参考文献：1 耿承伟.ZG0Cr13Ni4Mo钢二次回火中逆转变奥氏体量控制J.钢铁

17、研究学报，1992,(5): 8-1.2 于 波.ZG0Cr13Ni4Mo 马氏体不锈钢的研制J.金属热处理， 1992,(4):21.本文审稿人大连理工大学 方大成教授 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic ?ubijihing House. Al rights reserved, http:Anki.iidt*待发表文章摘要预报*聚合物矿物复合材料骨料级配研究刘敬福，吕家舜，李智超(辽宁工程技术大学 机械工程学院，辽宁 阜新123000)摘 要：在分析聚合物矿物复合材料中骨料作用及选取原则基础上，研究不同骨料级配对聚合物矿物复合材料抗压强度

18、的影响，获得最佳级配值。并通过分析聚合物矿物复合材料中骨料 颗粒级配的分形特性，推导出骨料颗粒级配理论计算公式并得到实验结果的正确验证。从而 为聚合物矿物复合材料在机床乃至其他领域的实际应用提供理论基础。 1 *4-2006 China Academic Journal Electronic ?ubijihing House. Al rights reserved, http:Anki.iidtHEAVY CSUCINGNo. 4July 2009No. 4大型铸锻件July 2009HEAVY CASTING AND FORGING2205双相不锈钢固溶处理工艺研究伍曦転（四川省轻工工程学校

19、，四川643010）摘要：2205双相不锈钢在910-1 300*不同的温度保温40 min后，分别进行空冷或水冷固溶处理。用金 相显微镜观祭了 2205双相不锈钢的显微组织，测定了组织a相的含量和显微硬度。结果表明：随着固溶处理 温度的升高。相含量逐渐升高。建议2205双相不锈钢的固溶处理工艺为固溶温度1 070Y,保温40 min,水 冷。关1词:双相不锈钢；固溶处理2相行相中图分类号:TG156.94文献标识码:AThe Technical Study of 2205 DuplexStainless Steel Solid Solution TreatmentWu XiyunAbstra

20、ct：2205 duplex stainless steel was solid solution treated at different temperature between 910 1 300T heating for 40 min, then by water cooling or air cooling The microstructure was observed by a metallographic microscope and a phase content and the hardness were tested, as well as the corrosion res

21、istance was analyzed The results showed that a phase rising in content gradually with the solid solution temperature increasing We suggested that the optimized technology was heated at 1 070* for 40 min by water coolingKey words：2205 duplex stainless steel； solid solution treatment； a phase； y phase

22、#HEAVY CSUCINGNo. 4July 20092205双相不锈钢是一种典型的含N、Mo,超 低碳,铁素体+奥氏体双相不锈钢。由于双相不 锈钢具有+?的两相组织结构,通常将/7控 制在1/1左右（体积分数），所以它同吋具有铁素 体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点。与铁素体 不锈钢相比,+7双相不锈钢的韧性高、脆性转 变温度低、耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提 高，并且还保留了铁素体不锈钢热导率高、线膨胀 系数小、具有超配性等特点；与奥氏体不锈钢相 比,a+7双相不锈钢强度较高，特别是屈服强度 显著提高，且耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲 劳等性能都有明显的改善。由于双相不锈钢 具有诸多的

23、优异性能，所以得到广泛应用。在热处理的过程中，双相不锈钢的晶界处极 易析出一种含高Cr、M。的Fe-Cr（-Mo）金属间化 合物a相，其稳定存在的温度范围为800 950%：o该组织硬而脆且危害很大,严巫影响不锈 钢的耐晶间腐谀性能，在钢中少量的存在便可大 大破坏钢的須韧件。固溶处理能使析出相回溶到 基体,在后续的冷却过程中以细小微粒弥散的方收橫日期：2009-06-15作者简介:伍I耘（1965-）,女，本科，讲师，主要从事林料分析教 学工作。式重新析出，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性 能，消除应力,从而使2205双相不锈钢具有良好 的耐蚀性。1试验1.1试验材料及方法1.1.1试验材料及热

24、处理工艺试验材料为2205双相不锈钢，试样尺寸为 50 mm x 25 mm x 4 mm,其化学成分（质量分 数,）为:C：0. 022、Cr：22. 6、Ni：5、Si：0. 001、 Mn：1.48、Pw0.02、Sw0.001。固溶处理工艺为： 在SRJX4-13型箱式电阻炉中分别加热到910%、 950弋、980%、1 000弋、1 020X、1 050%、1 070%；、 1 lOOr.l 120弋、1 150弋、1 170七、1 190Y、 1 220X J 250弋、1 270龙、1 300T ,保温 40 min, 然后进行空冷或水冷。试样经200#、280#、320#、 4

25、00# .600#金相砂纸磨光后采用1 pim的A12O3抛 光，在 5 mg FeCh +15 ml HNO3 +50 ml HC1 + 100 ml电0溶液中浸蚀。1.1.2显微硬度测试经不同温度固溶处理后，用HVJOOO型显微 硬度计测就试样表面显微硬度，载荷为9. 80 N, 加载时间为20 s。1.1.3 a相含量的测定用a相（铁素体相）面积含量测定专用软件 测定经不同温度固溶处理后试样的a相所占面 积,以确定a相在组织中的含量。2实验结果与分析2.1显微组织观察不同温度固溶处理后的显微组织见图1。固 溶处理温度较低时，显微组织中a”两相呈纤维 状。随着固溶处理温度的升高，晶粒发生了

26、再结 晶长大，两相由纤维状向等轴状过渡，这使钢的强 度下降。随着固溶温度的升高，铁索体逐渐增多, 奥氏体逐渐减少。因为铁素体相为体心立方，奥 氏体相的晶粒结构为面心立方，所以硬度增加。 2.2显微硬度测试18HEAVY CSUCINGNo. 4July 2009#HEAVY CSUCINGNo. 4July 2009(a) 910X?(b) )000t(c) 1050X?(d) 1100 V(g) 1250(h) I300X?图1不同温度固溶处理后2205不锈钢的显徽组织Figure 12205 duplex stainless steel microstructure after solut

27、ion treatment at different temperature19HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009固溶处理温度对2205双相不锈钢的显微硬 度的影响见图2所示。固溶处理温度对2205双 相不锈钢力学性能的影响主要有两个因素：晶粒 再结晶的完全程度和a、两相的转变程度。随 着固溶处理温度的升高，晶粒再结晶完全程度提 高且呈长大趋势,组织中发生了 a.y两相的转变 即铁素体增多，奥氏体减少。室温下，铁素体的强 度高于奥氏体，因此随着固溶温度升高钢的强度 将增加。固溶处理温度为910980尤时，随着温度的 升高，显微硬度下降;在1 000*时,铁素体含量增 加，显

28、微硬度岀现了最大值;在1 070Y时显微硬 度出现了最小值;随着温度的升高,铁素体相含量 逐渐增加，显微硬度呈上升趋势。在1 100弋之前 空冷的变化规律与水冷基本相似。20HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009#HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009xi1100220-y200 * i11119001000110012001300W/r#HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009（a）空冷（b）水冷图2固溶处理温度对显微硬度的够响#HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009Figure 2 The effect of solution2

29、.3 a相含fit的测定在910- 1 300弋范围内固溶处理后水冷,a 相含凰变化见图3所示。可以看岀，随着固溶温 度的升高，组织中铁素体含量逐渐增加，这对 2205双相不锈钢的耐孔蚀、耐应力腐蚀、耐晶间treatment on the micro-hardness要高；含镰童在两相中的分布恰相反，晶界比晶内 奥氏体相的含银量要低，含钮量则随钢中奥氏体 含量的增多在两相中的变化不大。由此可知，由 于奥氏体相中的含箔量、钮量比铁素体相中低，而 晶内奥氏体相的含箔最又低于晶界，所以晶内奥#HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009腐蚀性能都要产生重要影响。氏体相优先产生蚀孔，两相比例

30、中，奥氏体含量比#HEAVY 融瓠RGINGNo. 4July 2009Figure 3 The changing curve for the a phase content after solution treatment at different temperature例越高，产生点蚀的机率也越大。随着固溶温度 的升高,a相的含量是逐渐增加的，即越不易发生 孔蚀。双相不锈钢的耐应力腐蚀开裂性能也随铁素 体含量的增加而提高，在约含50%铁素体相时断 裂敏感性最小。所以要用正确的热处理工艺 控制好两相在组织中的比例。如果出现单相铁素 体组织，反而会恶化双相不锈钢的耐应力腐蚀开 裂性能。从图3可

31、以看出,2205双相不锈钢在高 温段固溶处理后，水冷和空冷，铁素体含量都达到 了 60%以上,耐应力腐蚀开裂性能未达到最佳状 态O21HEAVY融黯No. 4July 2009在2205双相不锈钢中，孔蚀电位与奥氏体含 最关系密切,随着奥氏体含量的增多，钢的点蚀电 位下降。孔蚀仅产生在铁素体晶内的奥氏体 相上。铁素体相中的含锯量随钢中奥氏体含量的 增多而增加，而晶界、晶内奥氏体相中的含箔儘相 对要减少，但其中晶界比晶内奥氏体相的含铭量 双相不锈钢产生晶界腐蚀的程度也与两相的 比例有关。当铁索体量不大时，a相以孤岛状被 奥氏体晶粒所包围，即使被腐蚀也因相互未能连 接成网络不致造成更大的危险。随着

32、弥散铁素体 量的增加，晶界总面积提高（相对降低了晶间碳 （下转第21页） 力挤压，而流向预留的“CAT EAR”槽中。NTR法 引进这套模具，通过实验证明，这套模具可以完全 解决平衡块塌角缺陷。曲柄成型简图如图6所 zK o图4 L16/24和GE413O曲臂示意图Figure 4 The sketch of the crank arm of L16/24 and GE4130(a)(b)Figjre 5 Hie sketch of the NTRupset forging transGguration最后改善模具的质量，在锻造过程中配置冷 却器，以改善温度对金属流动的影响。4结论通过实际试验

33、和生产证明，得出以下结论：(1) NTR法和“CAT EAR”模具能够有效解决 曲轴的平衡块塌角问题，减少了废品率。(2) NTR法对曲轴从坯料加工到锻件机加工 前一整套曲轴锻造的工艺流程进行了改进，从各 个环节保证了曲轴锻件的质量。参考文献1 张志文锻造工艺学北京:机械工业出版社,1983.05.2 万煦义大中瑕全纤维曲釉锻造方法的探垃大型铸锻件.2006,(3):45 -52.责任编辑龙礼建21HEAVY融黯No. 4July 2009#HEAVY融黯No. 4July 2009(上接第18页)化物析出浓度)和铁索体相界及其内侧能够吸收 更多的碳化物，当达到一定的极限a相含量时, 可以消除

34、晶间腐蚀倾向。但当铁素体相含量过 多，呈连续网络状分布，则其抗晶间腐蚀能力变 差。因此,控制适宜的两相比例，防止a相聚集 长大和采取正确的热处理工艺是十分重要的。3结论(1) 在不同温度的固溶处理工艺中，1 ioor 以下水冷和空冷获得的钢的硬度相当;.(2) 在910-1 3oor之间，随着固溶温度的 升高,2205双相不锈钢组织中的a相含量是逐渐 增加的；(3) 建议2205双相不锈钢的固溶处理工艺 为固溶温度1 070七，保温40 min,然后水冷。参考文献1 高娃,罗建民杨建君等.双相不傍钢的研究进展及其应 用J兵器材料科学与工程,2005,(3):61 -64.2 原基.防蚀技术J. I987：36.3 徐堆华.金展腐蚀材料J腐恢与防护,2001.22(7) ；321 -324 责任编辑邓玉22