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無錫國勁合金有限公司
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閱讀：857發布時間：2016-10-22
0Cr(13-16)Ni(4,5)Mo(1,2)系超低碳馬氏體不銹鋼(超級馬氏體不銹鋼)具有較高的強度和韌性、良好的抗氣蝕和水蝕行為及可焊性,近年來在核電工程構建、大型水輪機和高壓給水泵建造、石油開采等能源領域中得到廣泛應用。該系列鋼正火+Ac1以上溫度回火后的組織為回火板條馬氏體+彌散分布在馬氏體板條邊界及內部的逆變奧氏體的雙相組織。盡管逆變奧氏體的存在以及碳含量的降低賦予這類馬氏體不銹鋼諸多優異性能,但在實際應用中仍然面臨強度偏低、耐蝕性不足和δ鐵素體超標等問題,使其廣泛應用受到了限制。本研究試圖通過微合金化的方法進一步改善超級馬氏體不銹鋼的組織和性能。本研究以0Cr(13-16)Ni(4,5)Mo(1,2)馬氏體不銹鋼化學成分為基礎,熔煉了不同氮含量、釩氮、鈮微合金化以及鈮釩氮微合金化實驗用鋼。研究了在真空感應爐近常壓氣氛保護條件下氮在0Crl6Ni5Mo馬氏體不銹鋼鋼液中的溶解度,探討了爐內保護氣體種類、氮化鉻鐵加入量對鋼液中氮含量的影響；通過在較寬溫度范圍內對不同微合金化方式馬氏體不銹鋼回火,結合相圖計算并采用激光共聚焦顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線衍射儀對經不同溫度回火實驗鋼的組織進行觀察表征,研究了不同微合金化方式對馬氏體不銹鋼相組成和回火組織演變的影響規律；通過拉伸、沖擊及電化學實驗測試研究了不同微合金化方式對馬氏體不銹鋼力學性能和耐蝕性能的影響規律,并進一步探討了不同微合金化方式的作用機理,zui終得到一種能夠綜合改善馬氏體不銹鋼力學性能和耐蝕性能的微合金化方式,并取得如下結論：1、真空感應爐近常壓氮氣保護熔煉時,氮在0Crl6Ni5Mo馬氏體不銹鋼液中的溶解度ω[N]約為0.18%,接近熱力學計算的該鋼中氮的溶解度,隨加入氮化鉻鐵合金量的增加基本保持不變。近常壓氬氣氣氛保護熔煉時,馬氏體不銹鋼中的氮含量低于理論計算的該鋼中氮的溶解度,并隨著氮化鉻鐵添加量的增加而提高。2、N作為強奧氏體形成元素,加入0.16%N能*抑制OCrl5Ni5Mo鋼中δ鐵素體的出現,而加入約0.1%N能將δ鐵素體含量降低至1%以下。同時,還能夠顯著增加正火后鋼中殘余奧氏體含量。含氮鋼與不含氮的實驗鋼在350～500℃的較低溫度范圍內回火,均有二次硬化效應產生,并在450℃回火后達到峰值,含氮鋼的二次硬化效應強于不含氮鋼的二次硬化效應。在500℃以上溫度回火,在不含氮0Crl6Ni5Mo馬氏體不銹鋼中,沿奧氏體晶界、馬氏體板條邊界及在馬氏體板條內部有M23C6型碳化物產生；在含氮鋼中,Cr2N在馬氏體板條邊界及內部形核長大,其與基體的取向關系為[111]M//[001]C42N,(011)M//(100)Cr2N,隨著回火溫度升高逐漸長大,失去與基體的共格作用,強化作用迅速下降。3、對0Cr(13～16)Ni(4,5)Mo(1,2)系馬氏體不銹鋼在Ac1點(約525℃)以上溫度回火,逆變奧氏體在原奧氏體晶界、馬氏體板條邊界及內部以形核擴散方式形成并長大。該逆變奧氏體由于其相對較高的穩定性,能夠在回火后冷卻過程中部分穩定保存至室溫。逆變奧氏體的穩定性與其化學成分及回火溫度有關。室溫下,逆變奧氏體的存在及其體積分數的增加是馬氏體不銹鋼回火后強硬度下降的主要原因。隨著回火溫度的升高,逆變奧氏體體積分數明顯增加,且部分逆變奧氏體長大呈塊狀。隨著回火溫度的進一步升高,由于高溫時逆變奧氏體穩定性的下降,在回火后冷卻過程中發生二次轉變,導致室溫下逆變奧氏體體積分數減少。N的添加抑制了回火過程中逆變奧氏體的形成。4、不論是含氮量為0.1%和0.12%的0Crl6Ni5Mo,還是含氮量僅為0.04%的0Crl3Ni4Mo,Ac1(約525℃)以上溫度回火在促進鋼中逆變奧氏體形成的同時,也導致棒狀Cr2N在馬氏體板條邊界及馬氏體板條內部大量析出。隨著回火溫度的升高,Cr2N的粗化不僅使得其對鋼強度的提高作用不明顯,還嚴重削弱不銹鋼的沖擊韌性。更重要的是,由于Cr2N的析出使得析出物周圍Cr貧化,成為點蝕易發生區域,從而降低了不銹鋼的耐腐蝕性能。因此,對于含氮0Cr(13-16)Ni(4,5)Mo(1,2)系馬氏體不銹鋼,不宜采用傳統熱處理工藝來獲得良好綜合力學性能和耐蝕性能。5、含0.1%N的0Crl6Ni5Mo鋼中0.12%V的添加雖然抑制了回火過程中逆變奧氏體的形成,但由于對回火過程中析出物類型的改變(棒狀Cr2N→球狀VN)使得沖擊韌性顯著提高。然而,由于析出的VN容易粗化,強度的提高作用很小。同時,由于0.12%V的加入不足以穩定鋼中0.1%N,回火過程中仍有大量Cr2N析出。鋼中進一步加入0.04%Nb,能明顯提高鋼的強度,但由于NbN的粗化,嚴重削弱鋼的沖擊韌性。550℃以上回火在促進0.025%Nb0.09V0.06N復合微合金化鋼中球狀微合金元素Nb、V的碳氮化物析出的同時,還有棒狀Cr2N析出。這些析出物大量在馬氏體板條形核并粗化。6、把0Crl3Ni5Mo(1,2)馬氏體不銹鋼中的N含量降至0.01%能顯著降低550℃以上回火過程中富Cr氮化物析出的體積分數。再向低氮馬氏體不銹鋼0Crl3Ni5Mo(1,2)中添加0.1%Nb,基本能*抑制550℃以上溫度回火過程中M23C6和M7C3型碳化物的析出。550℃以上溫度回火過程中,納米級Nb(C,N)(<5～10nm)在馬氏體板條邊界及板條內部析出,不僅顯著提高0Crl3Ni5Mo(1,2)不銹鋼的強度,并且不會使延伸率和沖擊韌性大幅降低,zui重要的是,由于0.1%Nb的添加對鋼中Cr的碳氮化物析出的抑制,從而抑制了Cr貧化區的產生,在一定程度上改善了馬氏體不銹鋼的耐蝕性能。含0.1%Nb的0Crl3Ni5Mo(1,2)馬氏體不銹鋼經600℃回火后,能得到優良的綜合力學性能和腐蝕性能,即屈服強度930～960MPa,延伸率19～20%,沖擊吸收功160J。
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