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 。

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%。

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。

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%。

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。

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。

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.

超低碳马氏体时效不锈钢00Cr13Ni7Co5Mo4W的组织和性能

试验用00Cr13Ni7Co5Mo4W钢(/%:0.007C,13.23Cr,7.02Ni,5.06Co,3.72Mo,0.96W)由50 kg真空感应炉熔炼,铸成10 kg锭,锻成55 mm×55 mm方坯并轧成3 mm×60 mm带材。利用热力学计算软件ThermoCalc分析该钢的析出行为,并采用金相显微镜、透射电镜和动电位极化法,研究了该钢的组织结构、力学性能和腐蚀性能。结果表明,R相是马氏体时效不锈钢在时效处理过程中的主要强化相;为获得细小、弥散的R相和良好的强韧性配合,确定最佳热处理工艺为1 100℃固溶+490℃时效,钢的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为1 320MPa、1 450 MPa和10.8%;马氏体时效不锈钢00Cr13Ni7Co5Mo4W点蚀击穿电位为230 mV,人工海水中年平均腐蚀率为1.51μm/a,具有较好的耐腐蚀性能。

马氏体时效不锈钢高温析出相的热力学计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc,研究了新型马氏体时效不锈钢0.007C·13Cr-7Ni-4Mo-4Co-2W在800～1200℃固溶温度下基体组织和析出相的变化。通过透射电镜(TEM)、选区电子衍射花样(SADP)和X-射线能谱分析(EDS)法研究了马氏体时效不锈钢固溶态显微组织结构。结果表明,马氏体时效不锈钢高温析出Laves- Fe_2Mo相,固溶温度超过1 050℃,析出相全部溶解。

马氏体时效不锈钢强度逆晶粒尺寸现象研究

研究了Cr-Ni-Mo-Ti马氏体时效不锈钢固溶处理锻态粗大晶粒遗传,以及通过再结晶显著细化奥氏体晶粒的过程。研究结果表明,相对较低的温度固溶处理以非扩散α′→γ逆转变形成奥氏体,遗传锻态粗大晶粒形态和尺寸,提高固溶处理温度发生再结晶,使奥氏体晶粒显著细化。由于非扩散α′→γ逆转变形成奥氏体内高密度缺陷会遗传到固溶处理后的马氏体内,马氏体内高密度缺陷具有增强时效析出和析出强化相的弥散分布的作用,因此屈服强度和抗拉强度明显高于通过再结晶细化奥氏体晶粒的试样,即出现强度的逆晶粒尺寸现象。

浅析马氏体时效不锈钢的发展及热处理方式对组织性能的影响

通过对马氏体时效不锈钢的发展与现状进行分析,提出马氏体时效不锈钢已成为高强度不锈钢系列中最有发展前途的钢种之一,它在航空、航天、电力、石油、化工、机械制造等领域存在着广泛而迫切的应用需求;同时阐述了马氏体时效不锈钢的两种热处理方式:固溶处理和时效处理对超高强度马氏体时效不锈钢的组织结构、力学性能的影响。

固溶温度对00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢组织和耐点腐蚀的影响

通过显微组织分析、动电位极化曲线和均匀腐蚀全浸试验研究了00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢固溶温度1 050~1150℃对该钢组织和人工海水中的耐蚀性的影响。结果表明,固溶温度影响马氏体时效不锈钢的组织均匀性和晶粒尺寸,进而影响该钢的抗点腐蚀能力;00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢适宜的固溶温度为1 100℃,经1 100℃1 h固溶处理后,其年腐蚀速率仅为1.09μm/a,击穿电位为300 mV。

模糊辨识法预测马氏体时效不锈钢的力学性能

应用模糊辨识方法对 (% ) :0 0 1～ 0 0 5C ,0～ 0 89Si,0～ 1 2 5Mn ,10 2～ 16 0Cr,0～ 9 0Ni,0～1 8Cu ,0～ 0 8Al,0～ 0 9Ti马氏体时效不锈钢的力学性能进行预测。该方法是基于T S模糊模型 ,采用三角形隶属函数计算给定样本的隶属度 ,利用稳态卡尔曼滤波器辨识模糊模型的结论参数。根据收集整理国内外文献的实验数据 ,使用模糊模型建立化学成分和热处理主要工艺参数与产品力学性能之间的关系。离线仿真表明 ,产品力学性能的预测值与实际值拟合良好 ,抗拉强度 (10 0 0～ 2 0 0 0MPa)相对误差 91%在± 2 %以内 ,断面收缩率 (4 5 %～ 77% )的相对误差 85 %在± 2 %以内 ,延伸率 (6 %～ 2 2 % )的相对误差 84 %在± 4 %以内。

影响马氏体时效不锈钢强韧性的组织因素

对于要求高强度、高韧性、并适合于制作大截面锻轧件的不锈钢结构材料而言:下述问题是重要的:(1)合金在连续冷却过程中的相变行为;(2)淬火状态下基体组织的形态和精细结构;(3)时效过程中组织变化及对性能的影响;(4)δ铁素体形成、长大、分解的规律;(5)大截面锻轧件如何防止和消除由于工艺参数选择不当而引起的“热脆性”。本文较系统地介绍了影响新型马氏体时效不锈钢00Cr13Ni6MoNb强韧性的主要因素,对该合金中主要的强化机制、马氏体形态和亚结构、回复奥氏体的作用、α′-γ相变及热脆性机理进行了讨论,提出了控制该钢组织、性能的工艺措施。

00Cr12Ni9Mo4Cu2马氏体时效不锈钢的时效硬化行为及其影响因素

熔炼了一种00Cr12Ni9Mo4Cu2马氏体时效不锈钢。通过金相观察、维氏硬度测试、X射线衍射分析(XRD),研究了固溶处理温度,冷加工变形和时效对其组织和硬度的影响。结果表明,在1050～1100℃之间固溶处理对该合金时效后的硬化增量最大;时效前后硬度随冷加工量的增加近似线性增加,75%冷加工量对时效后硬度的增量最大;在450℃下时效2h后,硬度达到最大值,24h内进一步延长时效时间,硬度基本保持不变。

钛含量对00Cr13Ni8Mo2TiNbAl马氏体时效不锈钢机械性能的影响

运用拉伸试验,金相组织分析等方法研究了合金元素钛含量对00Cr13Ni8Mo2TiNbAl马氏体时效不锈钢机械性能的影响。研究发现,钛含量增加,使钢中获得细小沉淀物的弥散分布,细化晶粒,增强时效硬化,从而提高该钢的抗拉强度。