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高锰低镍不锈钢的热处理工艺

来源:至德钢业 日期:2020-05-31 21:04:54 人气:2

1Mn5Cr10NiMo不锈钢为对象研究了高锰低镍不锈钢的热处理工艺。结果表明,该钢临界转变温度Ar 1750℃左右,Ar 3900℃左右,亚共析钢的临界转变点预测公式预测值基本与试验结果一致;该类钢种只能通过回火降低其硬度,回火温度高于630℃后有二次硬化现象;690℃回火具有最高的强度和冲击性能;低于600℃回火时,有发生脆断的风险,故该钢的回火温度应在600℃以上。

近年来,随着我国经济的快速发展,不锈钢的需求量持续增加,旺盛的需求拉动了我国不锈钢产能的快速扩大,但同时,我国是一个缺少镍、铬资源的国家,所以研制生产节镍经济型不锈钢有着重要意义,1Mn5Cr10NiMo钢属于MnNi的低镍马氏体不锈钢,该钢可以在耐腐蚀性要求不太高的领域使用。对该钢的热处理工艺、硬度、组织进行较为系统的研究,对其后期加工、使用具有重要指导意义。

1试验材料及方法

试验用钢为经电炉冶炼+VOD+炉外精炼工艺冶炼铸锭后进行轧制、冷拔所产的1Mn5Cr10NiMo钢棒,直径ϕ46 mm,经退火后组织为回火马氏体,退火工艺820℃×20 h炉冷,硬度360~385 HB,其化学成分见表1。正常的高温退火后,该钢硬度很高,对后期的切削加工造成很大困难。

对冷拔退火棒材取样进行淬火-回火处理,研究其硬度、组织及力学性能变化,具体工艺如下:①选取9组试样分别在1050~350℃选取的9个温度点保温1 h后淬火,通过其硬度变化及组织变化,大致确定其临界相变温度。②由①步确定的临界相变温度,选取5组试样在960℃保温1 h后空冷,分别在750~580℃下保温2 h后随炉冷却做回火处理,研究其硬度变化及力学性能变化。

2试验结果及分析

1Mn5Cr10NiMo钢的化学成分可计算出:

铬当量Cr eq=Cr+1.5Mo+1.5Si+1.75Nb+5.5Al+1.5Ti+0.75W=11.7

镍当量Ni eq=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu=6.82

由舍夫勒(Schaeffler)组织图(1)可见,1Mn5Cr10NiMo钢在室温下的组织为马氏体组织,即得不到珠光体等组织,这点在试验中也得到了验证:1Mn5Cr10NiMo钢试样采用1050℃×2 h后炉冷至690℃×14 h出炉空冷的等温退火工艺下为马氏体组织。所以对于1Mn5Cr10NiMo等高锰低镍钢需通过回火降低其硬度,以便其后期加工成形。

2.1不同淬火温度下的硬度及组织

由于1Mn5Cr10NiMo钢合金含量高,其临界相变温度与碳钢差别较大,为了能在实际生产中较为准确地制定合理的热处理工艺,需要对高MnNi1Mn5Cr10NiMo钢临界相变温度进行研究。由亚共析合金钢的临界温度计算式:

Ac 1=723-20.7w(Mn)-16.9w(Ni)+29.1w(Si)+16.9w(Cr)+290w(As)+6.38w(W)

Ac 3=910-203w 2(C)+44。7w(Si)-15。2w(Ni)+31。5w(Mo)+104w(V)+13。1w(W)

Ms=539-423w(C)-30.4w(Mn)-20w(Si)-12.1w(Cr)-17.7w(Ni)-7.5w(Mo)

计算出试验用1Mn5Cr10NiMo钢的:Ac 1=801,Ac 3=923,Ms=185℃。由于1Mn5Cr10NiMo钢合金含量较传统合金钢高,特别是Mn含量较高,故对使用亚共析合金钢临界温度经验公式计算结果需进行试验验证。

选取9组试样分别在1050950850750650600500400350℃保温2 h后淬火(水淬),分析其硬度和对应温度下的组织变化,不同温度水淬处理后其硬度变化曲线见图2,950850750650℃下的淬火组织见图3。

从不同淬火温度下的硬度变化曲线来看,淬火温度在950℃以上时,硬度变化很小,950~650℃范围内,硬度逐渐降低,650℃附近降到最低,650℃开始,随着温度降低,硬度又逐渐增大。从950℃淬火组织来看(3(a)),已全部转变为马氏体组织,850℃时组织为马氏体+铁素体双相组织(3(b)),说明此时已处于α+γ两相区;750℃时组织中有大量碳化物存在,结合此时硬度较高(385 HBW),说明750℃处于Ac 1点附近,由于温度较低,碳化物还未来得及全部溶入奥氏体中。650℃组织为回火索氏体(3(d)),有大量碳化物析出,硬度也达到最低点。

从组织和硬度变化可以看出,1Mn5Cr10NiMo钢的Ar 1750℃左右,Ar 3900℃左右。这与亚共析合金钢的临界温度计算式得到的Ac 1=801℃、Ac 3=923℃结果基本吻合,因为在加热相变过程中由于过热度的存在而往往比冷却转变时临界转变温度会高一些,所以高MnNi不锈钢的临界相变温度可以通过亚共析合金钢的临界温度计算式进行大致预测。

2.2调质后的力学性能

2.1节可知,1Mn5Cr10NiMo钢的Ar 1750℃左右,Ar 3900℃左右。所以淬火温度选为960,保温1 h后油冷淬火;回火温度为750720690660630580,保温2 h后空冷。不同回火温度下的力学性能见图4

从图4可以看出,回火硬度在630℃附近达到最低,之后随着回火温度的增高,硬度逐渐增大,这是由于高温下析出的细小金属碳化物弥散分布,强化了金属基体,产生了二次硬化效应。回火温度在690℃附近时,其抗拉强度、屈服强度和冲击吸收能量均达到最大值,但此温度下钢材的塑性降低,高于或低于此温度时,钢材的冲击吸收能量降低明显,抗拉强度、屈服强度也少许降低。强度和冲击能的这种变化主要与回火过程中碳化物的析出量及分布形态有关,回火温度过高,析出的碳化物颗粒长大,变得粗大而不均匀,这对强度和冲击是不利的,尤其对冲击的影响更大;若回火温度过低,碳化物析出量较少,碳化物的弥散强化作用减弱,故强度和冲击性能均降低。

5630℃和580℃回火温度下拉伸试样宏观和微观断口对比。从断口可以看出,630℃回火下断口出现明显颈缩,微观下中心区出现大量撕裂棱及韧窝,具有较好的韧性;580℃回火试样断口为典型的脆断断口,断裂方式为沿晶断裂。因此,回火温度低于600,钢材有发生脆断的风险,在实际生产过程中,调质处理回火温度应在600℃以上。

3结论

1)1Mn5Cr10NiMo钢的Ar 1750℃左右,Ar 3900℃左右,考虑到过热度的影响,与亚共析合金钢的临界温度计算式所得计算结果基本吻合,Ar 1Ar 3Ac 1Ac 3低近20℃。在实际生产中,对高锰低镍不锈钢临界点温度的预测可以通过亚共析钢的临界温度计算式进行大致预测。

2)回火时,高温段(>630)有二次硬化现象,随回火温度的增高硬度增大,二次硬化主要是由于析出碳化物的弥散强化,使钢材强度得到提高的同时,硬度也随之增大。

3)从抗拉强度、冲击性能综合考虑,690℃附近回火具有最高的强度、冲击性能,硬度约302 HBW。低于600℃的回火件有发生脆断的风险,所以回火温度应在600℃以上。

本文标签:不锈钢 

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