【摘 要】
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传统Cr13型马氏体不锈钢具有很高的强度和硬度及良好耐腐蚀性,但塑韧性较差。虽然可通过淬火+回火的传统热处理工艺对其力学性能进行调整,但由于强度和塑韧性此消彼长,无法获得良好的综合力学性能,因而极大地限制了工业生产中的广泛应用。淬火+配分（Q&P）工艺是针对马氏体不锈钢提出的热处理新工艺,意在通过配分过程中利用碳原子的仲平衡扩散来稳定奥氏体,使得最终室温下获得马氏体+残留奥氏体复相组织,从而改善马
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传统Cr13型马氏体不锈钢具有很高的强度和硬度及良好耐腐蚀性,但塑韧性较差。虽然可通过淬火+回火的传统热处理工艺对其力学性能进行调整,但由于强度和塑韧性此消彼长,无法获得良好的综合力学性能,因而极大地限制了工业生产中的广泛应用。淬火+配分（Q&P）工艺是针对马氏体不锈钢提出的热处理新工艺,意在通过配分过程中利用碳原子的仲平衡扩散来稳定奥氏体,使得最终室温下获得马氏体+残留奥氏体复相组织,从而改善马氏体不锈钢塑韧性。同时,在Q&P工艺基础上,结合合金化的方法可以保证高强度的条件下,进一步提高塑韧性。本文以20Cr13NiN、30Cr13Ni、30Cr13NiMn钢为研究对象,针对奥氏体化温度、淬火中止温度、配分温度和配分保温时间等工艺参数设计多种Q&P热处理工艺制度以及合金元素影响规律,利用激光共聚焦显微镜、透射电镜、X-射线衍射仪和背散射电子衍射仪等观察和分析测试方法,并结合力学性能测试手段,研究了不同Q&P下对实验钢组织与性能的影响规律。研究结果如下:1.Q&P处理时,随奥氏体化温度升高,碳氮化物溶解量增大,碳氮化物形成元素尽可能多地固溶于奥氏体基体中,降低Ms温度,最终的显微组织中残留奥氏体含量升高;奥氏体化温度过高,碳氮化物完全溶解,奥氏体晶粒粗大。20Cr13NiN钢的最佳奥氏体化温度确定为1030℃。2.20Cr13NiN钢经1030℃奥氏体化后淬火至30～60℃,随后在450～500℃配分30～60min。随淬火中止温度升高,残留奥氏体含量增加,屈服强度降低,抗拉强度波动较小,延伸率先升高后降低,在50℃时稳定残留奥氏体较多且较少二次马氏体产生,延伸率达到最大值为24.1%,综合力学性能表现最佳。随配分温度升高,残留奥氏体含量先升后降,延伸率先升后降。在480℃时扩散充分且无碳化物析出,综合力学性能表现最佳。随配分保温时间延长,C在奥氏体中扩散更加均匀,稳定残留奥氏体含量增加,实验钢力学性能均有所提高。3.20Cr13NiN钢经1030℃奥氏体化30min后分别以空冷、喷雾、油淬、盐浴分级淬火到450℃后空冷到30℃,随后在450℃低温炉中配分30min。随淬火冷却速度提高,碳化物析出量越来越少,残留奥氏体含量增多,延伸率提高,屈服强度降低,抗拉强度波动很小。在盐浴分级状态下实验钢的综合力学性能最好。4.20Cr13NiN钢经1030℃奥氏体化30min后淬火到50℃,随后在480℃配分60min,获得最佳综合力学性能能配比:Rp0.2=964MPa,Rm=1583MPa A=24.1%,Rm×A=38150MPa·%;5.30Cr13Ni钢在1100℃奥氏体化30min后淬火到20℃,然后在480℃配分60min,实验钢获得最佳综合力性能表现:Rp0.2=1089MPa,Rm=1695MPa,A=21.4%,Rm×A=36273MPa·%;6.30Cr13NiMn钢经1060℃奥氏体化30min后分级淬火到30℃,随后在480℃配分30min,实验钢获得最佳综合力性能表现:Rp0.2=980MPa,Rm=1719MPa A=20.8%,Rm ×A=35755MPa·%;7.通过N原子代替部分C原子,利用N原子固溶强化效果,在保证高强度的同时,提高了实验钢延伸率。同时,最佳奥氏体化温度降低70℃,节约了能源消耗。通过添加一定量的Mn,使得30Cr13NiMn钢最佳奥氏体化温度降低40℃。
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