时效处理对00Cr13Ni7Co5Mo4Ti不锈钢组织与性能的影响

■甄彩霞，马庆朋，林 兰，黄跃娟

■1．齐齐哈尔工程学院机电工程系，黑龙江 齐齐哈尔 161005;2．特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司，山东 济南 271219

马氏体时效不锈钢是一种超高强度钢。时效强化是指合金元素经过固溶处理后，第二相析出，产生位错强化和第二相强化，从而使其强度增加。时效强化对马氏体时效不锈钢的超高强度贡献最大。另外，在时效过程中还产生基体有序强化、晶粒细化强化，对强度也是有利的。本文研究了00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢在时效处理过程中的组织和力学性能变化规律，以期为该钢的热处理工艺提供指导。

1 试验材料和方法

试验材料:电解Fe，电解Ni，海绵Ti，高纯 Mo、Co等中频感应高真空熔炼炉熔炼(5kg钢锭)。试验钢的化学成分(质量%)为:C0．0092，Ti0．663，Cr13．283，Co5．36，Ni7．37，Mo3．598。钢件经过 950 ～ 1200℃固溶处理1h后，分别在430～550℃时效0．5h至12h。

2 结果与讨论

2．1 固溶温度的选择

经冲击试验和拉伸试验显示，随着固溶温度的升高，试样的拉伸性能略有下降，塑性变化不大，在1050℃冲击韧性取得最大值。金相观察发现，随固溶温度的升高，再结晶晶粒逐渐长大，在晶粒中保持较多的还是板条状马氏体亚晶界，形貌未发生改变。通过TEM观察:在固溶温度较低时，板条宽度大约为0．2～1．0μm;在固溶温度较高时，板条马氏体宽度不变，但板条束变长，故强度和韧性均增加。因此将固溶温度选择在1050℃。

2．2 时效处理对力学性能的影响

在不同时效温度下测定试样钢在1050℃/1h固溶处理的时效硬化曲线。可知，马氏体时效不锈钢时效硬化速度取决于时效温度。时效温度与时效硬化速度成正比，温度提高，硬化速度加快，同时出现峰值的时间也缩短。此外，随时效温度降低，硬度峰值增大，温度越低，硬度值越大。如在450℃时效时，硬度峰值为50．4HRC，到550℃时，时效硬度峰值降为44．5HRC。

2．3 时效处理对组织的影响

马氏体时效不锈钢在430℃时效处理1h时，TEM发现马氏体组织依然保持板条状和高密度位错，没有发生明显变化，未出现第二质点。试样钢在430℃时效3h后，通过TEM及X衍射实验可知，马氏体衍射花样中出现了明显的条纹及条状析出相的衍射斑点。析出相斑点成环状，分布均匀、弥散，而基体斑点被拉长。析出相的尺寸大约5～10nm。至时效9h时，确定该析出相为六方晶体结构的η-Ni3Ti。当时效温度升至450℃，时效前3h内，通过TEM观察和X射线定量测定确定没有产生逆转变奥氏体。达到峰时效时(时效9h)，在马氏体基体密排面上析出Ni3Ti，并沿基体的密排晶向长大，与母相具有确定的位向关系:因此使试样钢得到了有效的强化。同时，逆转变奥氏体出现在板条间。

逆转变奥氏体呈薄片状，沿板条状马氏体束分布，这种组织可以改善材料的韧性，而且对在马氏体板条间的裂缝扩展具有阻碍作用，同时由于马氏体板条间密集排列而产生的位错前端所引起的应力集中现象也可以得到很好地减缓。研究认为稳定的残余奥氏体薄膜存在于板条马氏体之间对韧性是非常有利的。当时效温度至475℃时，经短时间时效即有少量的逆转变奥氏体在板条界形成，同时也形成块状奥氏体。奥氏体薄膜便可能由这种块状奥氏体会形成，因此可以改善钢的韧性。

3 结论

(1)00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢在1050℃进行固溶处理，可以得到优良的强度和韧性。

(2)时效温度与时效硬化速度成正比，温度提高，硬化速度加快，峰值出现时间也缩短。

(3)马氏体时效不锈钢在430℃ ～475℃时效后，Ni3Ti为主要时效析出相。经时效处理后，其微观组织为板条状马氏体和少量的残余奥氏体。在马氏体板条界形成的逆转变奥氏体呈薄片状，沿板条状马氏体束分布，这种组织可以改善材料的韧性。

［1］刘振宝，杨志勇，李全安，等．一种超高强度马氏体时效不锈钢的组织转变对力学性能的影响［J］．热处理，2005，20(3):11-17．

［2］赵振业，李春志，李志，等．一种超高强度不锈钢细化组织TEM研究［J］．航空材料学报，2005，25(2):1-2．