1Cr17Ni2钢的高温回火脆性

第33卷　第10期Vol.33,No.101998年10月IRONANDSTEELOctober19981Cr17Ni2钢的高温回火脆性　　舒士明　　　　　曹文荣　　　　　张贵平　　　(合肥工业大学)(中国扬子电气公司)　　(安徽省客车厂)摘　要　研究了亚温淬火对1Cr17Ni2钢高温回火脆性的影响。结果表明,亚温淬火能有效地抑制该钢的高温回火脆性。经亚温淬火后,钢的脆性转化温度降低,韧性得到改善,断口形貌由准解理型变为韧窝型,合金元素向基体和∆铁素体中的富集程度增大,在改善钢的韧性的同时仍保持较高的强度水平。关键词　亚温淬火　高温回火脆性　断口形貌αONHIGHTEMPERATURETEMPEREMBRITTLEMENTOF1Cr17Ni2STEEL　　　　　SHUShiming　　　　　　　　　　　CAOWenrong　　　　(HefeiUniversityofTechnology)(YangziElectricCo1)ZHANGGuiping(AnhuiBusWorks)ABSTRACT　Effectofintercriticalquenchonthehightemperaturetemperembrittlementof1Cr17Ni2steelhasbeenstudiedinthepaper1Theresultshaveshownthattheintercriticalquenchcaninhibithightemperaturetemperembrittlementeffectively1Afterintercriticalquench,thebrittlementtemperatureisdecreasedwithachangeoffracturemorphologyfromquasicleavagetodimple,andgreaterenrichmentofalloyelementsin∆2ferriteandma2trix1Thatisthereasonwhythesteelpossesseshighstrength,hightoughnessafterintercriti2calquench1KEYWORDS　embrittlementquench,hightemperaturetemperembrittlement,fracturemor2phology　　1Cr17Ni2钢属于马氏体—铁素体型耐酸不锈蚀的结构件来说,怎样避免回火脆性,是生产中亟待钢,可通过热处理获得较好的力学性能和高的耐蚀解决的问题。性。应用于化工(如硝酸鼓风机主轴、叶片)、造船(如对于亚共析钢,采用亚温淬火工艺,可以在不降舰船上的艉轴)等工业。低强度的同时提高其韧性,抑制可逆回火脆性。但对该钢具有高的耐蚀性和较高的力学性能,但对不同的钢种其效果不完全相同。1Cr17Ni2钢是高合回火脆性敏感,并且化学成分的微小变动对显微组金钢,采用亚温淬火对抑制其高温回火脆性的效果织和性能的影响较大。已有的研究[1]表明,该钢存如何,是本文研究的目的。在高温回火脆性,表现在500～600℃回火或在较高1　试验材料及方法温度回火缓冷通过上述温度区间后,冲击韧性下降,111　试验材料并产生沿晶断裂。对于既要求强韧性好又要求耐腐试验材料为钢厂提供的棒料,化学成分符合国α联系人:舒士明,副教授,合肥(230069)合肥工业大学材料科学与工程系钢　　铁·48·1998年第10期标要求。112　试样加工在试验棒料上距表面1ö3半径处取样,按标准制成V型缺口夏比冲击试样和俄歇能谱试样。根据文献[2]中提供的亚温淬火前原始组织对硬度和冲击韧性的影响规律,本试验采用图1所示工艺对试样进行热处理。图2　亚温淬火温度对硬度的影响Fig12　Effectofintercriticalquenchtemperatureonhardness　　如图3所示,在400℃以下回火,试样的硬度变化不大;在400～450℃之间回火,所有亚温淬火试样的硬度有明显升高,说明有二次硬化产生;在500℃以上回火,硬度开始下降。回火温度对显微硬度的影响规律与之相同。图1　常规淬火和亚温淬火工艺曲线Fig11　Conventionalquenchandintercriticalquenchcurves113　试验方法为研究亚温淬火时回火脆性的影响,进行了室温冲击和系列冲击试验、断口形貌观察和金相 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,检测了淬火及回火后试验钢的硬度、基体和∆铁素体中合金元素含量和产生回火脆性时奥氏体晶界处元素的偏聚。图3　回火温度对硬度的影响　试验结果2Fig13　Effectoftemperingtemperatureonhardness211　亚温淬火温度对显微组织和力学性能的影响21111　亚温淬火温度对∆铁素体含量的影响文献[3]指出,1Cr17Ni2钢在高温时处于∆+Χ两相区,在1150℃以下加热,显微组织差别虽然较大,但∆铁素体的数量和形态都大致相同。通过对四个亚温淬火温度的淬火态试样中∆铁素体量的测定,表明亚温淬火温度对∆铁素体量没有明显的影响。这一结论与文献[4]一致。21112　亚温淬火温度对硬度的影响亚温淬火(IHT)温度对硬度的影响见图2。在850℃以上,随淬火温度升高硬度值随之上升。与常规热处理(CHT)(1000～1050℃淬油,HRC40～42)相比硬度值稍低。经550℃回火后的硬度变化趋势与淬火态相同,且与常规热处理之间的硬度差比图4　回火温度对冲击韧性的影响淬火态时要小。Fig14　Effectoftemperingtemperatureon21113　回火温度对硬度的影响impacttoughness钢　铁·49·21114　回火温度对冲击韧性的影响212　断口形貌如图4所示,低温回火时,ΑKV值不高。450℃以宏观观察发现,试样经过常规淬火和亚温淬火下回火,ΑKV变化很小;450℃以上回火,三种亚温淬后的冲击断口,在相同的冲击温度下后者有更多的火的ΑKV值均上升。其中IHT920℃的工艺效果较剪切唇和纤维区,并且随冲击试验温度升高,结晶区为理想。三种亚温淬火工艺都使50%FATT的温的面积减小,这说明亚温淬火改善了钢的韧性。常规度降低,其中920℃淬火降低了50℃,效果最佳。因淬火后的室温断口(图5(a))主要为沿晶断口;亚温此亚温淬火能有效地改善钢的韧性,降低脆性转化淬火后的室温断口(图5(b))主要为准解理加韧窝,温度,抑制回火脆性。而且随冲击试验温度升高,韧窝所占比例增加。图5　断口形貌Fig15　Fracturemorphology(a)CHT,冲击温度25℃;(b)IHT920℃,冲击温度25℃213　光学显微组织214　基体和∆铁素体中元素含量变化情况图6是用CuSO4+HCl溶液腐蚀的300℃回火用TN5500型能谱仪测得试样经退火、常规淬态显微组织。图6(a)为常规淬火回火态,显微组织火和亚温淬火后基体和∆铁素体中Fe、Cr、Ni三种为∆铁素体+回火马氏体;图6(b)为亚温淬火回火元素含量的变化,见表1。经亚温淬火后,基体和∆态,显微组织中含有一定数量的Α铁素体和粒状碳铁素体中固溶的Cr、Ni等元素的含量增加。化物,组织更为细小。观察发现,亚温淬火后残存的表1　基体和∆铁素体中元素含量　　%Α相多呈针状,并且随淬火温度升高,Α相变细变短。Table1　Elementcontentinmatrixand∆2ferrite　　%用特殊腐蚀剂可在常规淬火回火态的脆性试样上局淬火态部显示出原奥氏体晶界,而经亚温淬火后的试样腐退火态元素CHTIHT920℃蚀2～3d也未能显示出晶界,这表明亚温淬火试样基体基体基体尚未发生回火脆性。∆∆∆Fe801518112180187781298012678181Cr171031714417120191021911320115Ni214611351193117021611184215　晶界元素偏聚情况用俄歇电子能谱仪测得试样经常规热处理后回火脆性断口晶界元素含量情况,发现P、Cr、Ni等元素在晶界富集。半定量结果见表。经亚温淬火后的图6　显微组织2Fig16　Microstructure试样在室温时仍未得到沿晶断口,故无法测得晶界(a)CHT;　(b)IHT上有无元素偏聚。·50·1998年第10期表2　断口俄歇能谱半定量分析　　at%金元素,固溶强化作用增大,这两种强化作用大于由Table2　HalfquantitativeAugerspectrumof于铁素体存在的弱化作用,故在改善钢的韧性的同fractureanalysis　　at%时,仍保持较高的强度水平[5]。PCNFeCrNi(2)亚温淬火所获得的复相组织改变了杂质元51141511925105812513素在Α和Χ相中的分配比。由于加热时所得到的奥氏体晶粒较细,使偏聚在原奥氏体晶界上的促脆元3　分析与讨论素和脆化元素(如磷等)重新分布在新的小奥氏体晶311　亚温淬火加热温度的选择界上,从而降低了晶界上促脆元素和脆化元素的浓亚温淬火加热温度的高低影响淬火组织中铁素度,净化了晶界。同时,复相组织会使偏聚于晶界上体的含量和马氏体中的碳含量、合金元素含量和残的杂质元素扩散至与小奥氏体晶粒相毗邻的铁素体余奥氏体量。为保证有足够的硬度和韧性,一般选择中,进一步净化了晶界,提高了晶界的强度。在稍低于Ac3温度的范围内为宜。随加热温度升高,(3)亚温淬火所得到的马氏体碳含量高于钢的Α相数量减少,碳和合金元素向∆相和奥氏体中的平均碳含量,回火时从马氏体分解析出的碳化物数溶解量增加,固溶强化作用增大。同时,淬火后马氏量较多,这样就使得保留在铁素体中的碳量较低。因体量增加,故使钢的硬度增加。其次,在临界温度区此,回火缓冷时从铁素体中重新析出而能够钉扎住Ac1～Ac3间加热淬火,可以获得条状马氏体和铁素可动位错的铁铬氮化物质点减少,对位错的硬钉扎体的间隔组织。这种条状复相组织的相界面较多,作用变弱,使晶体能在外力作用下产生一定量的塑[5]故使钢的硬度增加。至于∆相数量的多少,对钢的性性变形。能影响不大。本试验表明,1Cr17Ni2钢的亚温淬火(4)亚温淬火使脆性转折温度和晶粒度之间的加热温度选择在920℃较为合适。相互作用减小,也是减小乃至抑制高温回火脆性的312　亚温淬火抑制高温回火脆性的机制原因之一。试验表明,1Cr17Ni2钢采用亚温淬火抑制其高4　结论温回火脆性的机制如下。(1)1Cr17Ni2钢存在高温回火脆性,表现在(1)亚温淬火所获得的组织形态对强化晶界有550℃附近回火后,冲击韧性下降,脆性转化温度上利。亚温淬火前的原始组织为条状马氏体和∆铁素升,并发生沿晶断裂。体,加热到临界温度区时,在原奥氏体晶界上形成细(2)亚温淬火对抑制1Cr17Ni2钢的高温回火小的球形奥氏体,在原马氏体条间形成条形奥氏体,脆性、提高强韧性有较好的效果。其机制是亚温淬火淬火后得到细小的复相组织。细小的晶粒使裂纹扩细化了晶粒,强化和净化了晶界,减轻了对可动位错展的阻力变大。条状复相组织内形成的ΑöΧ界面比的硬钉扎作用等。常规热处理后的要多,则可有效地防止应力集中和(3)1Cr17Ni2钢经1050℃油淬,再经920℃阻止裂纹扩展,能较大幅度地提高钢的韧性。并且由亚温淬火,并经550℃回火后,可获得较好的强韧于相界面增多,加之∆相和基体中固溶有较多的合性。参　考　文　献1　刘　宁,邓宗纲,施家山1热处理对1Cr17Ni2钢组织和冲击韧性的影响1金属科学与工艺,1990,9(1):2712　舒士明1亚温淬火对30CrMnSi钢强韧性的影响1安徽工学院学报,1988,(4):2913　陈德和1不锈钢的组织与性能1北京:机械工业出版社,197714　候文泰11Cr17Ni2钢的相变及热处理对机械性能的影响。金属热处理,1990,(4):2615　JoshiA1TemperEmbrittlementofAlloySteels1ASTMSTP,1952,499:591