0Cr17Ni4Cu4Nb钢的组织与性能研究

0Cr17Ni4Cu4Nb钢的组织与性能研究

作者：靳卫平

来源：《科技视界》2013年第18期

【摘 要】采用光学金相显微镜分析了0Cr17Ni4Cu4Nb钢在热处理后的显微组织。应用硬度试验研究了0Cr17Ni4Cu4Nb钢在1040℃固溶处理后，480℃时效时的硬度变化规律。结果表明，1040℃固溶处理后显微组织主要由块状低碳马氏体组织和残余奥氏体组成；在480℃时效时，随着时效时间的延长，硬度先升后降，时效 4小时时硬度值最高。 【关键词】0Cr17Ni4Cu4Nb钢；固溶处理；时效；硬度 0 前言

0Cr17Ni4Cu4Nb钢是通过热处理析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以产生沉淀硬化，而获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强度不锈钢，它兼有铬镍奥氏体不锈钢耐蚀性好和马氏体铬钢强度高的优点[1-2]。其铬、镍、铜、铌等元素，铁素体形成元素铬是

0Cr17Ni4Cu4Nb钢的主要合金元素，适当提高钢中铬含量，有助于提高钢的抗氧化性能，提高钢在大气中、高温H2S中、以及在氧化性介质中的耐蚀性，提高退火条件下钢的强度和硬度[3-4]。0Cr17Ni4Cu4Nb钢是适应迅速发展的航空、航天工业的需要而发展起来的。目前随着新型化学工业的需要和随着火箭、宇航、原子能及海洋开发等工业迅速发展的要求，对

0Cr17Ni4Cu4Nb钢的性能提出了更高的要求，其零件形式有舱盖锁门、高强度螺栓、弹簧等各类零配件，将此类合金用于机翼梁等构件。我国铬、镍资源短缺，不锈钢生产依赖进口资源较强，如何降低能耗和成本，是提高国内不锈钢材料市场竞争力的关键[5]。固溶处理和时效处理是0Cr17Ni4Cu4Nb钢的主要热处理工艺，本文主要研究0Cr17Ni4Cu4Nb钢的热处理工艺对其组织性能的影响规律，优化0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的热处理工艺，提高使用性能，对于节约资源具有重要的现实意义[6]。 1 试验材料及方法 1.1 试验材料

试验用0Cr17Ni4Cu4Nb钢材的化学成分如表1所示，其化学成分为铬、镍、铜、铌等元素。铬元素有助于提高钢的抗氧化性能，提高钢在氧化性介质中的耐蚀性。镍可有效提高马氏体不锈钢的可淬性和淬透性，促进钢的马氏体转变，改善钢的强度和韧性，提高马氏体不锈钢的钝化倾向，改善马氏体不锈钢在还原介质中的耐蚀性能以及在流动的含泥沙的水中的耐磨蚀性能。铜是强化元素，适当提高钢中铜含量，可扩大γ相区和α+γ相区，降低钢中δ-铁素体含量，并显著提高钢的二次硬化效应。铌可起到细化晶粒的作用，并能和钢中的碳、氮结合形成铌的碳化物和氮化物，减轻晶界处因碳、氮的析出导致的晶界贫铬，从而提高钢的耐蚀性；与

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铌在钢中还能形成金属间相，有助于提高钢的强度，特别是高温强度。锰是奥氏体形成元素，适当控制钢中锰含量，有助于提高钢的热加工性能，钢的强度也有一定程度的提高。 1.2 试验方法

对于锻造后的0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢，采用DK7735C型数控电火花线切割机加工成3㎝×1㎝×1㎝的长方体热处理试样。然后，将试样分为两组，分别在SX-4-10型箱式电阻炉对试样进行固溶处理和时效处理，用DRZ-6型电阻炉温度控制器控制炉温。固溶处理温度是1040℃，时效温度为480℃～620℃。图1是480℃时效时不同时效时间工艺曲线，保温时间分别是2小时、4小时、7小时、12小时。用HNO3∶HCl∶H2O（1∶1∶1）的腐蚀剂将试样腐蚀1～2分钟后，再用XJP-100型金相显微镜观察试样的组织特点，用EPIPHOT300U型倒置金相显微镜分析试样的金相显微组织。用HRA-150A型洛氏硬度机测试试样的硬度。 2 试验结果与分析

2.1 0Cr17Ni4Cu4Nb的显微组织

图2是0Cr17Ni4Cu4Nb钢的供应态显微组织。由图2可知，供应态显微组织主要由低碳马氏体组织、少量铁素体和残余奥氏体组成。可能是由于板材轧制温度较低，低碳马氏体组织比较细小，铁素体以不连续点状和细条状分布。

图3是0Cr17Ni4Cu4Nb钢1040℃固溶处理后显微组织。由图3可知，固溶处理后显微组织主要由块状低碳马氏体组织和残余奥氏体组成，局部出现有很少量铁素体。由于在1040℃固溶处理，奥氏体成分较均匀，块状低碳马氏体组织清晰、界面明显。由于钢种含有大量的铬、镍元素，过冷奥氏体稳定性大、淬透性好，所以含有一定量的残余奥氏体。 2.2 固溶处理后时效对0Cr17Ni4Cu4Nb钢硬度的影响

图4是0Cr17Ni4Cu4Nb钢经1040℃固溶处理后，在480℃时效时，时效时间与硬度关系曲线。由图4可知，随着时效时间的延长，硬度先升后降，其中在4小时时硬度值最高。在4小时之前硬度随着时间的延长上升较快，4小时之后硬度随时间的延长缓慢下降。这是因为时效处理初期阶段，可以使马氏体基体中的碳及合金元素以特殊碳化物的形式弥散沉淀析出，产生沉淀强化。当时效时间太长时，一方面沉淀相合并、长大，沉淀强化减弱；另一方面固溶强化减弱和基体的回复所引起的软化，使硬度随时间延长而缓慢减小。 3 结论

1）0Cr17Ni4Cu4Nb钢的供应态显微组织由低碳马氏体组织、少量铁素体和残余奥氏体组成。低碳马氏体组织比较细小，铁素体以不连续点状和细条状分布。

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2）0Cr17Ni4Cu4Nb钢固溶处理后显微组织主要由块状低碳马氏体组织和残余奥氏体组成。

3）0Cr17Ni4Cu4Nb钢经1040℃固溶处理后，在480℃时效时，随着时效时间的延长，硬度先升后降，时效 4小时时硬度值最高。 【参考文献】

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[3]杨学春.热处理对耐热马氏体不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb性能的影响[J].长沙大学学报，2006，20（5）：32-34.

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