加热温度对06Cr13不锈钢高温奥氏体化过程的影响★

罗刚

（太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室，山西太原030003）

试（实）验研究

加热温度对06Cr13不锈钢高温奥氏体化过程的影响★

罗刚

（太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室，山西太原030003）

对太钢06Cr13冷板进行高温热处理试验，从组织和硬度变化的角度研究了其高温奥氏体化过程。结果表明，在930~1 080℃试验温度范围内，碳化物完全回溶，奥氏体含量是先增加后减少；在960~1 020℃时，奥氏体含量最高。

06Cr13不锈钢奥氏体温度

06Cr13属于经济型不锈钢。由于具有良好的力学性能、加工性能和焊接性能，成为大气和其他弱腐蚀环境下使用的通用型钢种，广泛用于制作刀具、机械零件、螺栓、螺母以及化工装置等，是400系不锈钢中使用最多、产量最大的钢种之一。在实际使用中人们希望通过提高材料强度，减少材料使用量来降低使用成本。为了兼顾强度和塑性，Speer等[1]提出了一种名为“淬火—配分”的新热处理工艺。近年来，已有人[2,3]将该工艺应用于不锈钢的强化中，验证了该工艺的有效性。

基于“淬火—配分”原理，对于一定的材料，主要是依靠淬火后所形成的马氏体来提高强度。显然马氏体量越多，强度越高。而马氏体量则取决于材料高温奥氏体化过程和淬火冷却过程，且高温奥氏体化过程是首要的。

由于06Cr13含有一定量的奥氏体化形成元素C、N，且铁素体形成元素Cr含量较低，在高温加热时会发生铁素体组织向奥氏体组织转变，因此理论上材料经充分加热并快冷后，高温奥氏体（部分）将会转变为马氏体，从而提高强度。基于上述分析，如果在高奥氏体含量的温度区间加热，水淬后将有利于获得足够量的马氏体来提高强度。鉴于温度对奥氏体化过程影响最大，所以本文从加热温度的角度研究了太原钢铁(集团)有限公司（全文简称太钢）06Cr13不锈钢的奥氏体化过程，为该材料强化提供相应支持。

1 试验材料与方法

试验材料为太钢生产的06Cr13退火态冷板，厚度1.5mm，其成分见表1。试验过程为：将材料剪切成宽×长=20mm×150mm多块试样，分别在电阻炉中进行不同奥氏体化温度加热和保温后，直接水淬至室温以保留高温组织信息。最后从热处理前后试样上切20mm×20mm试样进行硬度测试和组织观察。

为了消除试样尺寸对试验结果的影响，试验使用了小尺寸试样。对应地，用表面硬度HV10来间接表征高温奥氏体含量多少。同时为了消除加热时间对试验结果的影响，将加热时间统一设定为20min，试验温度分别为930、960、1 020、1 060、1 080℃。

表1 试验材料化学成分%

2 试验结果与讨论

2.1 组织

下页图1给出了06Cr13在试验前后组织状态变化。由于热处理后组织特征相似，所以本文给出了1 020℃相应情况。由图1可见，大生产退火态的06Cr13，显微组织主要为小尺寸铁素体晶粒，在晶粒晶界和晶粒内部含有大量均匀、细小的碳化物。经试验热处理后，晶粒略微长大，碳化物完全回溶消失，且在晶粒内部出现了较为明显的条带状和岛状特征，经过后面的分析可知这些条带状和岛状区域为马氏体，即通过试验处理后，材料组织转变为铁素体+马氏体的混合组织。

图1 06Cr13热处理前和热处理后显微组织（1 020℃）

2.2 硬度

硬度为在一定的压头和力的作用下所反映出材料的弹性、塑性、塑性形变强化率、强度、韧性以及抗摩擦性能等一系列不同物理量的综合性能指标。但对于本试验，可间接反映出马氏体量的相对变化。

图2给出了太钢06Cr13经不同温度加热和水淬后的硬度变化情况。可见，大生产06Cr13属于软态，所以硬度值较小，HV10平均为150；经高温加热水淬后，硬度HV10显著提高至230以上，增加了50%以上。

图2 不同加热温度对06Cr13硬度的影响（保温20m in，水淬）

根据图1显微组织可知，试验热处理后材料中的碳元素几乎完全固溶，这也可能引起材料硬度增加。但06Cr13碳质量分数只有0.03%，不会由其引起如此大的硬度变化。因此，试验后材料硬度大幅升高的原因只能是基体中生成了大量的马氏体，而且这些马氏体正对应着图1中晶粒内部的条带状和岛状组织。

进一步分析图2可知，在930~1 080℃的试验温度区间，硬度是先增加后减小，960~1 020℃最高，这种变化规律也是马氏体含量变化规律，间接地也是高温奥氏体含量随着温度的变化规律。图3为采用Thermo Calc软件计算的太钢06Cr13高温相比例图，经分析，由图可见930~1 080℃，高温奥氏体含量随着温度先升高后降低，这与试验结果一致。据图3，930、960、1 020、1 080℃时奥氏体质量分数为79%、86%、84%和70%，按照先前讨论，1 020℃的硬度应小于960℃的硬度，1 080℃的硬度也应小于930℃的硬度，与试验结果略有出入。这是因为相图计算为理想平衡态，试验时虽然保温时间长达20 min，但与平衡态还是略有差别，相之间的转化实际上是需要一定的过热。也即在实际应用中，为了使奥氏体量最大，加热温度应在960~1 020℃之间。

图3 06Cr13在不同温度时的相比例变化

3 结语

通过对太钢06Cr13冷板进行长时间高温热处理（（930~1 080℃）×20min，水淬），基体中碳化物完全回溶，并且部分铁素体转变为高温奥氏体，水淬后生成大量马氏体；960~1 020℃对应的奥氏体化含量最高。因此从利用马氏体相变来提高材料强度的角度而言，最佳加热温度为960~1 020℃。

[1]J.Speer，D.K.Matlock，B.C.De Cooman,and J.G.Schroth.Carbon partitioning into austenite aftermanensite transformation[J].Acta Mater.2003，51（9）：2 611-2 622.

[2]T.Tsuchiyama，J.Tobata，T.Tao,N.Nakada et.al.Quenching and partitioning treatmentofa low-carbonmartensitic stainlesssteel[J]. Mater.Sci.Eng.A，2012，532：585-592.

[3]J.Tobata，K.L.Ngo-Huynh,N.Nakada，T.Tsuchiyama and S. Takaki.Role of silicon in quenching and partitioning treatment of low-carbon martensitic stainless steel[J].ISIJ International，2012，52（7）：1 377-1 382.

（编辑：苗运平）

Effect of Heating Tem peratures on Austenization of 06Cr13 Stainless Steel

LUO Gang
（State Key Laboratory of Advanced Stainless Steel in TISCO,Taiyuan Shanxi030003）

Through high-heat treatment for long time,the austenization behavior of 06Cr13 cold-rolled stainless steel plate by TISCO is studied by analyzing microstructure and hardness change.The results show that during the temperature arrange of 930~1 080℃,all carbides dissolve,and the austenite amount increases first and then decreases.When the treatment temperature is 960~1 020℃,the austenite amount ismaximum.

06Cr13 stainless steel,austenite,temperature

TG302

A

1672-1152（2017）02-0001-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.01

2016-12-14

山西省自然科学基金（2015011031）

罗刚（1980—），男，山西天镇县人，2011年毕业于中国科学院金属研究所材料加工专业，博士，高级工程师，现就职于太原钢铁(集团)有限公司，主要从事不锈钢材料研发工作。