1、中高溫時(shí)效處理對(duì)Cr21鐵素體耐熱鋼組織與性能的影響，在討炎松胡洋洋李騰飛(上海高等院校材料研究所，上海200072 )，目前對(duì)中高鉻型超純鐵素體耐熱鋼組織，尤其是中高溫時(shí)的第二相析出情況未見報(bào)道。 因此，以Cr21鎳鋅鐵氧體不銹鋼為研究對(duì)象，研究了600、650和750等溫時(shí)效鋼組織及力學(xué)性能(硬度、沖擊韌性)的變化，并為中高鉻型超純鎳鋅鐵氧體不銹鋼在汽車排氣系統(tǒng)等高溫零配件中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 1實(shí)驗(yàn)材料和方法、實(shí)驗(yàn)使用的材料為寶鋼不銹鋼分公司提供的超純Cr21鎳鋅鐵氧體不銹鋼篩板，厚度為3 mm，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% )為： C 0005、N 0007、Si03、Mn03、C

2、r21、Mo08、Cu04、Ti 01 03、Nb 01 03 試料在固溶熱處理1 100保溫30min后，進(jìn)行水淬火，然后分別在600、650和750保溫的不同時(shí)間(0 50 h )進(jìn)行時(shí)效處理。 用負(fù)荷30 kg的維氏硬度計(jì)測(cè)定試料的硬度，用JB-500J夏比沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行室溫沖擊試驗(yàn)，試料采用縱采樣法，夏比v型缺口沖擊試料，試料尺寸為GB/t229-1994，25 mm 1.0 mm 5.5 mm。 將固溶和時(shí)效處理后的試料作為金相試料，進(jìn)行機(jī)械研磨后，用氯化二鐵元素鹽酸溶液(2 5 g FeCl3 25mL HCl 50 mL H2O )進(jìn)行腐蝕。 用金相顯微鏡觀察其金相組織，用JSM

3、-6700高極限分辨率掃描電子顯微鏡觀察析出物的形態(tài)和成分。 電解腐蝕液采用10%過氯元素酸醇混合溶液，用液氮蒸發(fā)制冷，工作電壓是30 V。 用透射電鏡(JEOL 200CX )觀察沉淀物的形態(tài)，確定其晶體結(jié)構(gòu)。 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析2 1時(shí)效處理對(duì)試驗(yàn)鋼硬度和沖擊韌性的影響圖1和圖2分別是在不同等溫溫度下時(shí)效時(shí)間對(duì)硬度和沖擊功的影響。 由圖1可知，用600、650保溫到30 h左右時(shí)，硬度出現(xiàn)峰值，到峰值為止，硬度有隨著保溫時(shí)間的延長而變高的傾向，峰值以后，硬度隨著保溫時(shí)間的延長而變低。 750時(shí)效時(shí)，幾乎隨著保溫時(shí)間的延長而上升，不出現(xiàn)高峰。 但是，從整體上看，隨著時(shí)效時(shí)間的延長，硬度值不會(huì)隨

4、時(shí)效溫度而變化很大。 由圖2可知，特別是在600、650下保溫30 h左右時(shí)，試驗(yàn)鋼明顯脆化。2時(shí)效處理對(duì)試驗(yàn)機(jī)的金相組織的影響圖3為固溶試樣的金相金相組織，可知在鎳鋅鐵氧體沉積基質(zhì)上稀疏地分布有粗大的方形或球形微米級(jí)的析出物，分析這些個(gè)的析出物的形態(tài)和頻譜圖(參照?qǐng)D4 )，可知這些個(gè)的析出物全部為TiN粒子。 由于鐵素體耐熱鋼是凝固過程，TiN在高溫液狀或枝狀晶之間形成，固相時(shí)很少的Nb(C，n )附著在TiN粒子狀核上析出，因此TiN粒子的頻譜圖中含有少量的Nb。 圖5是在Cr21鐵素體耐熱鋼的600、650、750中分別進(jìn)行了3.0、5.0時(shí)間時(shí)效的掃描型電子顯微鏡照相。 由圖5(b )

5、、5(d) 5(f )可知，不連續(xù)且形狀不規(guī)則的納米級(jí)的析出物分布在鎳鋅鐵氧體晶界上，從這些個(gè)的析出物的頻譜圖(參照?qǐng)D6 )的分析可知，這些個(gè)的析出物是(Nb，Ti) C，Nb多，Ti少。 在圖5(a) 5(f )中，方形的納米級(jí)的析出物分布在鎳鋅鐵氧體粒內(nèi)，這些個(gè)方形的納米級(jí)的析出物主要是TiC和(Ti，Nb) C，另外球形的納米級(jí)的析出物是Nb4-5。 在圖5(b )、5(e) 5(f )中明確了在鎳鋅鐵氧體沉積基質(zhì)上分布有微小的長方形析出物(用箭頭表示)，根據(jù)Thermo-calc的計(jì)算和資料，這些個(gè)的長方形析出物為密列六方結(jié)構(gòu)的Fe2Nb(Laves相)。圖7是Cr21鐵素體耐熱鋼分別

6、為600、650、750時(shí)效50 h后的金相組織的明場(chǎng)像及其析出物的電子選擇區(qū)衍射圖，可知在電子衍射，這些個(gè)的析出物為面心立方結(jié)構(gòu)的(Ti，Nb)(C，n )。 由圖7(a) 7(c )可知，在位錯(cuò)和晶界析出了不規(guī)則的納米級(jí)(Ti、Nb) C。由于時(shí)效溫度低，Nb原子的擴(kuò)散困難，晶格的變形大的場(chǎng)所，例如晶界、重排等缺陷中，儲(chǔ)存能相當(dāng)高于鎳鋅鐵氧體沉積基質(zhì)的平均儲(chǔ)存能，核形成反應(yīng)中釋放出大部分這些個(gè)的儲(chǔ)存能，促進(jìn)析出反應(yīng)的進(jìn)行，因此(Ti，Nb) C 由以上可知，Cr21鎳鋅鐵氧體不銹鋼在50 h以內(nèi)的時(shí)效過程中，會(huì)析出TiC、NbC和(Ti、Nb) C復(fù)合粒子、少量的Fe2Nb (Laves相

7、)，未觀察到sigma相及鉻的碳化物。 這些個(gè)的析出物隨著時(shí)效時(shí)間的延長，析出量增加，時(shí)效硬化效果變得顯著，直至硬度達(dá)到峰值。 此后，隨著時(shí)間的推移，硬度降低，析出物生長，粗大化。 沖擊功隨時(shí)有效時(shí)間的變化規(guī)律和硬度的變化規(guī)律相反，沖擊功減少則鋼韌性降低，沖擊功增加則鋼韌性提高。 鋼的大部分析出相的尺寸大于臨界轉(zhuǎn)換尺寸，其強(qiáng)化反應(yīng)歷程主要是Ostwald反應(yīng)歷程，強(qiáng)度增量YSPO、第二相體積分?jǐn)?shù)f和粒子尺寸d的關(guān)系由上式可知，第二相體積分?jǐn)?shù)越大粒子尺寸越小，強(qiáng)化效果越大。 在云同步中，隨著時(shí)效溫度的升高，合金元素體，特別是Ti和Nb對(duì)沉積基質(zhì)的固溶度會(huì)增大。 鋼從600上升到750時(shí)效時(shí)，在不

8、足時(shí)效狀態(tài)下，固溶度越小，Ti和Nb的化合物越容易析出，因此，在相同時(shí)效時(shí)間，隨著時(shí)效溫度變高，第二相析出量變少，第二相體積分?jǐn)?shù)變小，因此，鋼的硬度降低，沖擊韌性提高。3結(jié)論(1) Cr21鐵素體耐熱鋼在1100 3.0 min保溫后，經(jīng)600、650、750時(shí)效處理，在5.0時(shí)間內(nèi)，sigma相和鉻的碳化物未析出。 在時(shí)效過程中，主要析出大量的TiC、NbC和(Ti、Nb) C復(fù)合粒子和少量的Fe2Nb(Laves相)。 (2) Cr21鎳鋅鐵氧體不銹鋼經(jīng)歷了在600、650時(shí)效處理的50 h以內(nèi)，鋼的硬度幾乎一樣上升后降低，韌性降低后上升的變化過程。 在750時(shí)效處理的50 h以內(nèi)，硬度幾

9、乎上升，韌性降低。 參考文獻(xiàn)1陸世英不銹鋼概論m北京牌：核電源出版社、200:-672衛(wèi)星鎳鋅鐵氧體不銹鋼在汽車排氣系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛的上海金屬、2005， 2.7 (3) 336063 calli LII zanescoinforsionofisionthermageingonseconserconseripitiationandtoughnessofaduplexstainlesssteesaf 2006 4133637643-7649 EMA戴爾- kashif， kentaro asakura effects of boron nionbiumandandandinggringgrowthinultrahighpuriity 1.8 % crferriticstainlessteeljisijjinternationa 4433601568-1575 chenji ping kangyonglinmicrostructureandproptiveoftiandtinbultra-low-carbonbakehardenedsteelsjournalofironand 2009年1.6 : 3.3-4.0 6黑巖紅云復(fù)制和機(jī)械專業(yè)版sofnb-modefericticaticstainllestelledunis