耐老化马氏体时效不锈钢纳米析出相和逆变奥氏体调控研究进展

马氏体时效不锈钢通过中温时效可析出高数密度超细纳米级析出相,使其获得高强度和一定的韧性。但是,当马氏体时效不锈钢在中低温下长期服役时,由于富Cu相、NiAl相等析出强化相的粗化及Fe-Cr基体调幅分解形成脆性富Cr相等,其延展性和冲击性能大幅降低,出现明显的热老化脆化问题,给服役安全性带来隐患。通过适当降低铬含量和析出元素含量、提高镍含量可有效抑制析出强化相的粗化及脆性相的析出。若进一步通过成分设计和热处理调控获得适量的逆变奥氏体,可望有效改善其热老化脆化问题。本文介绍了马氏体时效不锈钢的成分设计原则、析出相特点及其热稳定性对热老化脆化的影响,综述了有利于提高组织热老化稳定性的马氏体时效不锈钢中纳米析出强化相和逆变奥氏体的调控方法,为新型耐老化马氏体时效不锈钢的成分设计和制备提供参考。

马氏体时效不锈钢的发展

叙述了马氏体时效不锈钢的发展历史与现状,并总结了该钢种的成分、性能和强韧化机理等方面的特点。马氏体时效不锈钢的发展趋势是采用超高洁净度([H]+[O]+[N]+[S]+[P]≤40×10-6(ppm))的真空熔炼及全流程组织细化及成分均匀化控制等技术,研制高强、高韧、具有优良综合性能的马氏体时效不锈钢。

马氏体时效不锈钢的发展现状

叙述了马氏体时效不锈钢的材料开发、成分、性能和组织结构的发展现状 ,该钢的发展趋势是降低钢中气体、夹杂和有害元素含量 ,开发超细化晶粒和均匀组织 。

时效温度对铸造超级双相不锈钢析出相的影响

对固溶处理后的铸造超级双相不锈钢材料进行时效处理,利用OM,SEM,XRD和TEM分析了时效温度对析出相的影响.结果表明,固溶后经时效处理,金属间相在铁素体内和铁素体/奥氏体晶界析出;650℃时效时,析出的金属间相主要是χ相;750℃时效时析出σ相和χ相,此时σ相由χ相演变而来;850℃时效下则直接析出σ相;950℃时效后,少量的σ相仅在铁素体/奥氏体晶界产生.

时效温度对新型马氏体沉淀硬化不锈钢性能的影响

为提高铸造马氏体不锈钢的性能,对其进行了不同温度下的时效处理。通过力学性能测试、动电位极化扫描、浸泡试验和空泡腐蚀试验并结合SEM及EDX分析,研究了时效温度对自行设计冶炼的NM1马氏体沉淀硬化不锈钢性能的影响。结果表明:在试验温度范围内,时效温度越高,屈服强度和硬度越低,耐空泡腐蚀能力越差;随时效温度升高,NM1不锈钢在w(NaCl)=3%溶液中的耐点蚀能力下降,其原因主要是由于温度升高时Mo的碳化物的析出降低了基体的Mo含量,从而降低了材料的耐点蚀能力;时效温度对不锈钢在w(NaCl)=3%溶液中的均匀腐蚀速度影响不大。

17-4PH马氏体不锈钢350℃长期时效脆化研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、硬度测定以及示波冲击试验(instrumentalimpacttest)研究了17-4PH马氏体不锈钢在350℃长期时效过程中显微组织、硬度、冲击韧性以及断口形貌的变化规律。结果表明:该马氏体不锈钢在350℃长期时效的过程中,随着时效时间的延长,其硬度升高,并在时效9000h时达到最大值;其裂纹萌生功(Ei),裂纹扩展功(Ep)和总冲击功(Et)都随时效时间的延长而逐渐下降。根据示波冲击曲线获得了17-4PH马氏体不锈钢的动态断裂韧性K1d,其动态断裂韧性也表现出和Ei,Ep及Et相类似的变化规律。该不锈钢的夏氏V型缺口(CharpyV-notch)冲击试样断口形貌随着时效时间的延长由韧窝断裂为主向准解理断裂和沿晶断裂为主变化。

马氏体型沉淀硬化不锈钢时效过程的组织转变

采用扫描电镜、热膨胀曲线测量和XRD测试等分析手段,研究了时效温度对马氏体型沉淀硬化不锈钢(FV520B)组织的影响。逆变奥氏体在600℃以上保温开始时即开始形成,无孕育期,冷却过程中有一部分会再次转变为马氏体;随时效温度的升高,冷却到室温后的逆变奥氏体含量先升高后降低,在大约630℃时达到峰值。

合金元素对马氏体时效不锈钢Ms温度影响的定量分析

在现有各钢种马氏体转变开始温度 (Ms)经验计算公式的基础上 ,分析了合金元素对钢的Ms的影响 ,经验算提出马氏体时效不锈钢的Ms(℃ ) =5 5 0 - 330C - 35Mn - 1 7Ni - 1 2Cr - 2 1Mo - 1 0Cu - 5W - 1 0Si-0Ti+1 0Co +30Al。用该经验公式得出马氏体时效不锈钢Ms计算值与试验值符合较好 ,误差范围± 2 0℃ ,平均误差 1 1 .2 2℃。

马氏体时效不锈钢钝化膜XPS研究

采用光电子能谱法(XPS)研究了00Cr13Ni4Co4Mo4W2Ti马氏体时效不锈钢在酸性溶液中的钝化膜结构与组成。结果表明,经过化学钝化处理后的成膜试样在3.5%NaCl溶液中耐点蚀性能明显提高,点蚀电位由332mV(vs.SCE,下同)提高到439mV;马氏体时效不锈钢钝化膜是由表层和过渡层组成的双层结构,钝化膜的外层主要成分为Cr2O3、CrOOH或Cr(OH)3和FeOOH。钝化膜内层的主要成分是Cr2O3和FeO。Ni、Mo在膜底富集,可以避免钝化膜的还原,从而增加了钝化膜的稳定性,改善了马氏体时效不锈钢的耐蚀性。

变温循环相变超细化后00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢的组织与性能

研究了00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢的变温循环相变晶粒超细化工艺及其细晶处理后的组织与力学性能。结果表明:经过变温循环相变处理后,马氏体时效不锈钢的晶粒尺寸由180μm细化至6μm,得到细小的等轴晶粒;马氏体板条被多个小马氏体簇切割成多段而碎化,使马氏体组织进一步细化;与传统高温固溶后时效处理工艺相比,经变温循环相变处理后钢的屈服强度提高170MPa,抗拉强度提高100MPa,伸长率提高了18%,断面收缩率提高13%。

时效处理温度对17-4PH铸造不锈钢在稀硫酸料浆中的冲刷腐蚀性能影响

采用自制料浆罐式冲刷腐蚀试验机研究了在含固相颗粒稀硫酸料浆介质中,时效处理温度对17-4PH铸造不锈钢的组织、硬度及冲刷腐蚀性能的影响,分析了不同时效温度下冲击速度对17-4PH铸造不锈钢冲刷腐蚀行为的影响,观察了冲刷腐蚀表面形貌,探讨了冲刷腐蚀机理.结果表明:17-4PH铸造不锈钢经固溶处理及460℃左右时效处理后其硬度达到最大值;经时效处理后17-4PH铸造不锈钢冲刷腐蚀特征表现为纯冲刷磨损为主,腐蚀为辅,腐蚀促进磨损;在冲刷速度较低时,时效处理温度对17-4铸造不锈钢的冲刷腐蚀率影响不大,而在冲刷速度较高时,460℃左右时效处理后,由于析出大量细小弥散分布的ε-Cu沉淀相而具有最佳的沉淀强化效果,抗冲蚀腐蚀性能最佳;在不降低耐腐蚀性能的前提下,利用沉淀析出硬化是一种提高材料抗冲刷腐蚀性能的有效方法.

新型超高强度马氏体时效不锈钢组织及性能

根据多元少量及廉价的原则,设计了四种马氏体时效不锈钢。通过对其组织及性能的研究,获得了最佳热处理工艺并测定了实验钢在该工艺处理状态下的各项性能。最后,推荐出两种综合性能优异的新型马氏体时效不锈钢。

S-04马氏体时效不锈钢析出相的热力学计算及强化工艺的优化

借助于Thermo Calc热力学计算软件,计算了S 04马氏体时效不锈钢不同时效温度下基体组织和析出相的变化,并根据计算结果优化了相应的时效处理工艺。力学性能测试和研究结果表明:用所确定的时效工艺进行热处理后,S 04钢的强韧性最好。

时效处理对15-5PH沉淀硬化马氏体不锈钢组织和力学性能的影响

研究了1000℃和1040℃30min水冷固溶480～620℃4 h时效对15-5PH钢(/%:0.065C、0.46Si、0.58Mn、0.022P、0.004S、14.77Cr、5.19Ni、2.91 Cu、0.22Nb)组织和力学性能的影响。结果表明,该钢在480℃4 h时效后,开始析出富铜相和碳化物Nb(C,N),随时效温度升高,部分析出相长大;550℃时效15-5PH钢具有最佳综合力学性能:屈服强度R_(p0.2)530～625 MPa,抗拉强度R_m1050～1070 MPa,冲击功值a_(kv)113～115 J/cm^2。

热处理对激光选区熔化制备CX不锈钢微观组织与性能的影响

采用激光选区熔化技术(SLM)制备了CX不锈钢(Corrax Stainless Steel),并对沉积态、固溶态、固溶时效态三种条件下的CX不锈钢进行显微组织分析和室温拉伸性能测试。结果表明,沉积态CX不锈钢的显微组织由99.4%马氏体和0.6%残余奥氏体组成,固溶处理后得到的组织为马氏体,在固溶处理的基础上进一步时效处理后,奥氏体的含量明显提高,同时伴随有NiAl金属间化合物析出。固溶时效处理显著提高了CX不锈钢的强度,可达1 426 MPa,因为NiAl相产生第二相强化效应,而逆转变奥氏体生成也改善了塑性。断口形貌分析显示三种热处理条件下CX不锈钢的断裂机制均为韧性断裂。

循环相变对00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢晶粒细化和力学性能的影响

研究了00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢(/%:0.009C、13.28Cr、7.37Ni、5.36Co、3 59Mo、0.66Ti)经4次860℃15 min水冷循环处理的细化晶粒工艺对力学性能的影响。以1 100℃1 h固溶处理的组织为原始组织,经3～4次循环相变处理后,马氏体时效不锈钢的晶粒尺寸由180μm细化至10μm的细小等轴晶粒。与传统1 100℃1 h固溶+450℃9 h时效工艺相比,经1 100℃1 h固溶+860℃15 min水冷α′(?)γ循环相变+450℃9 h时效的钢的屈服强度σ_(0.2)由1 420 MPa提高至1 560 MPa,伸长率δ由12.6%提高至14.9%。

马氏体时效硬化不锈钢真空热处理的组织和性能

就三种不同冶炼炉的马氏体时效硬化不锈钢锻件试样,分别同炉进行电炉、真空炉的热处理工艺试验,比较真空热处理对组织性能均匀性的影响。采用力学性能测试试验,金相显微组织检验,扫描电镜的高倍组织检验和断口形貌分析。得出结论:真空热处理的力学性能的均匀性较普通电炉处理的具有明显的改进,屈服强度的均匀性提高了25.6%,抗拉强度提高了50%,布氏硬度提高了17%,对于不同化学成分组焊在一起的工件,提高力学性能的均匀性具有重要意义,可以大幅提高该类工件力学性能的一次合格率。

时效处理对00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢组织及耐蚀性的影响

采用动电位极化曲线、均匀腐蚀全浸试验研究了50 kg真空感应炉冶炼的00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢（/%：0.007C,13.23Cr,7.02 Ni,5.06Co,3.72Mo,0.96W）1100℃1 h固溶,450~510℃8 h时效后的耐蚀性能,通过金相显微镜、透射电镜、XRD分析了马氏体时效不锈钢的组织。结果表明,随时效温度升高时效过程析出R相增加,导致钢的耐点腐蚀性下降,同时由马氏体逆转变的奥氏体数量增加,可改善该钢的耐腐蚀性能。00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢适宜的热处理工艺为1100℃1 h固溶＋470℃8 h时效,其年腐蚀速率为1.259 0μm/a,点蚀击穿电位为252 mV。

马氏体时效不锈钢热处理工艺优化

利用热力学计算软件Thermo-Calc,研究了马氏体时效不锈钢Fe-13Cr-7Ni-4Mo-4Co-2W在不同温度下的基体组织和析出相的变化.通过TEM、SADP法分析研究了马氏体时效不锈钢在固溶处理与时效处理过程中显微组织与析出行为.热力学计算与实验研究结果一致表明,马氏体时效不锈钢高温析出Laves-Fe2Mo相,固溶温度超过1050℃,Laves-Fe2Mo相全部溶解;时效析出R相,其含量在8%左右.根据计算结果优化了相应的热处理工艺,力学性能研究结果表明,用所确定的时效工艺进行热处理后,马氏体时效不锈钢的强韧性最好.

钴对马氏体时效不锈钢模具堆焊焊丝堆焊层性能的影响

针对我国热作模具堆焊修复材料的缺乏和性能的不足,开展了马氏体时效不锈钢热作模具CO2气体保护焊金属粉芯堆焊焊丝的研究工作。通过改变Co元素的含量,研究了Co元素对所研制焊丝堆焊合金的硬度、时效行为、红硬性、显微组织和时效析出相的影响。结果表明,Co元素有利于焊后堆焊合金由奥氏体向马氏体转变,当w(Co)≥2%时堆焊合金为全马氏体组织;随着堆焊合金中Co元素含量增加,堆焊层的焊态硬度、时效态硬度和红硬性提高。