1Cr17Ni2高强度马氏体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性及较高的强度而被广泛使用,目前该钢也被广泛用于大型装备制造领域。1Cr17Ni2材料对组织、成分、杂质和加工工艺比较敏感,有时冲击功相对较低,在使用过程中容易失效。本文为了避免成分和杂质对1Cr17Ni2钢的力学性能产生影响,使用电渣重熔的1Cr17Ni2钢锻件为原材料。通过对1Cr17Ni2钢锻件进行不同热处理工艺的试验,检验其综合力学性能指标,结合金相显微组织及断口形貌分析,选出可用于实际生产的最佳热处理工艺参数。目前有关各类不锈钢热处理工艺研究的报道很多,例如参考文献[1–4];关于1Cr17Ni2钢热处理工艺研究的报道也不少,但就正火＋淬火＋二次回火热处理工艺研究的报道很少。本文采用正交试验法对1Cr17Ni2锻件进行正火＋淬火＋二次回火的热处理工艺优化。
试验材料及方法
本试验所用的1Cr17Ni2钢锻件试棒,其冶炼方法是电炉冶炼＋电渣重熔精炼,从而保证材料的原始组织中无缩孔、疏松、严重偏析及其它有害缺陷，其化学成分如表1所示。所用试棒的尺寸规格为80 mm x 100 mm,试棒在粗加工后,分别按照不同的热处理工艺进行热处理。
应用正交试验法对1Cr17Ni2精炼钢锻件的热处理工艺参数进行了优化试验,热处理工艺为正火＋淬火＋两次回火。正火温度均采用1020 ℃,冷却方式为空冷;淬火冷却方式为油冷;第一次回火冷却方式为油冷,第二次回火冷却方式为空冷;淬火采用了5种不同的温度,二次回火采用了3种不同的组合温度,共15种热处理参数试验,具体的热处理温度见表2或表3,每炉试验放试棒3件。常温拉伸试验按GB/T 228.1—2010金属材料一拉伸试验第一部分:室温试验方法[6进行,试样尺寸为d6 mm标准短试样;冲击试验按GB/T 229—2007金属材料—夏比摆锤冲击试验方法"进行。采用金相显微镜观察其金相组织,扫描电镜观察其冲击断口形貌。铁素体含量测定按GB/T 13305——2008不锈钢中α相面积含量金相测定法[8标准进行。
力学性能的试验数据
屈服强度和抗拉强度试验结果见表2;冲击功的试验结果见表3;塑性指标都能保证合格,没有列出。为了更直观地比较热处理工艺参数对力学性能的影响,绘制了折线图,见图1。图1( a)是热处理工艺参数对屈服强度的影响;图1(b)是热处理工艺参数对抗拉强度的影响;图1(c)是热处理工艺参数对冲击韧性的影响,冲击韧性值为3个数据的平均值。
从图1可以看出:890 ℃淬火时屈服强度和抗拉强度低,而且冲击韧性也是低的;其它几种淬火温度下,屈服强度和抗拉强度的变化不大。在相同的淬火温度下,随着回火温度的升高,强度明显降低,且降低的幅度较大。淬火温度大于890℃时,随着淬火温度的降低,冲击韧性值增大,淬火温度为920℃时达到最大值;随着回火温度的提高,冲击韧性值增大,而且增加的幅度差别较大。因此,1Cr17Ni2精炼钢最佳力学性能的热处理工艺为1020℃正火+920℃淬火＋(670 ℃ +630 ℃)二次回火。
按该材料的临界转变温度看,1010、980、950 c为*淬火,920 ,890℃为亚温淬火。当加热到临界区时,在原奥氏体晶界上形成细小的球形奥氏体，
在原马氏体条内形成条形奥氏体,淬火后得到细小的复相组织。晶粒细小使裂纹扩展有效长度变短，
裂纹沿小晶粒扩展的阻力变大,条状复相组织内形成的界面比常规热处理的晶界面积要大,这样就能有效地防止应力集中和阻止裂纹扩展,故能大幅度提高钢的韧性。并且由于相界面增多,固溶强化作用增大,这两种强化作用大于由于铁素体存在的弱化作用。因而在改善韧性的同时,仍保持较高的强度水平。从力学性能数值和断口形貌观察结果可以看出,890℃淬火后的综合力学性能最差,其主要原因是890℃淬火温度的奥氏体化程度不够,在后续的热处理过程中相变不充分,导致组织转变不*，造成了综合力学性能较低。而920℃亚温淬火后，材料的冲击韧性明显提高,即合理的亚温淬火在不降低材料强度的基础上,大大提高了材料的冲击韧性。
结论
采用正交试验法对1Cr17Ni2精炼钢锻件的热处理工艺参数进行了优化,以力学性能数据为主要参考依据,结合显微组织分析、铁素体含量的测定结果、扫描电镜断口形貌分析,我们最后选定的最佳热处理工艺为1020℃正火＋920℃淬火＋(670 ℃+630 ℃)二次回火,实际应用的效果很好。
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