雙級時效對A705-630不銹鋼力學(xué)性能及顯微組織的影響

邵 帥，陳 煒，翁吉銘，劉業(yè)超，于廣義，郭 鵬

(沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869)

A705-630不銹鋼既具有高強(qiáng)度、高硬度，又具有良好的塑韌性、耐腐蝕性和加工性能，因而成為應(yīng)用最為廣泛的沉淀硬化不銹鋼之一[1-5]。良好的綜合性能為設(shè)計(jì)者提供了產(chǎn)品穩(wěn)定性高的機(jī)會、同時簡化加工工序和減少制造成本。廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、石化、食品加工、造紙及普通金屬加工業(yè)等行業(yè)。

本文以A705-630不銹鋼為研究對象，通過分析雙極時效處理對A705-630不銹鋼組織和性能的影響，以期為合理使用提供一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)使用的A705-630不銹鋼采用電渣重熔后經(jīng)鍛造成型，規(guī)格為40 mm×40 mm×400 mm，其化學(xué)成分見表1。本次針對在相同固溶處理和一次時效處理情況下，A705-630不銹鋼的二次時效處理過程進(jìn)行詳細(xì)研究。鍛件在RX3-45-12高溫箱式電阻加熱爐內(nèi)進(jìn)行固溶處理，工藝為在固溶處理溫度保溫1.5 h并油冷至室溫，固溶處理溫度為1040 ℃，之后進(jìn)行6種不同方式的時效處理，時效處理采用RTX75-9專用低溫電阻爐，第一次時效處理工藝為固溶處理后的試樣在620 ℃內(nèi)保溫3 h并空冷至室溫，第二次時效處理工藝為第一次時效后的試樣在590～640 ℃的溫度范圍內(nèi)保溫3 h并空冷至室溫。然后將試樣加工成標(biāo)距為50 mm，平行部分直徑12.5 mm的棒狀拉伸試樣，并在RSA250萬能試驗(yàn)機(jī)上按照ASTM A370《鋼產(chǎn)品力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法及定義》進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；沖擊試樣采用V型缺口試樣，在ZWick/Roell沖擊試驗(yàn)機(jī)上按照ASTM A370《鋼產(chǎn)品力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法及定義》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；另外在Olympus GX51光學(xué)顯微鏡(OM)上進(jìn)行金相顯微組織分析。

表1 A705-630不銹鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 時效處理對A705-630不銹鋼顯微組織的影響

經(jīng)過不同時效處理的A705-630不銹鋼在光學(xué)顯微鏡下的顯微組織見圖1。在進(jìn)行一次固溶+時效后的組織為板條馬氏體，晶粒較粗大，如圖1(a)所示。作為對比，固溶處理后只進(jìn)行一次的時效處理相當(dāng)于二次時效處理溫度為0 ℃。在進(jìn)行二次時效后仍然為板條馬氏體，但是晶粒有細(xì)化趨勢，晶粒細(xì)小，分布均勻，如圖1 (b)～(f)。A705-630不銹鋼在進(jìn)行固溶+時效處理后，析出物在晶界處聚集，所以晶界清晰可見，并在晶界某些部位堆積，而在晶粒內(nèi)只有極少量顆粒狀析出物；但在進(jìn)行二次時效后，晶界處聚集的析出物明顯減少，而在晶粒內(nèi)的顆粒析出物增多并且分布均勻。

(a)0 ℃；(b)590 ℃； (c)600℃；(d)620 ℃；(e)630 ℃；(f)640 ℃圖1 經(jīng)過不同二次時效處理溫度的A705-630不銹鋼顯微組織Fig.1 Microstructures of A705-630 stainless steel with different treatment temperature of second aging

2.2 時效處理對A705-630不銹鋼力學(xué)性能的影響

經(jīng)過不同二次時效處理的A705-630不銹鋼的力學(xué)性能見表2。由表2可以看出，在相同固溶處理和一次時效處理參數(shù)的情況下，二次時效溫度采用590 ℃的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度與未進(jìn)行二次時效處理的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相近，沒有明顯變化；另外，當(dāng)A705-630不銹鋼二次時效溫度大于590 ℃時，隨著時效溫度的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降，抗拉強(qiáng)度由980 MPa下降到640 ℃的912 MPa，屈服強(qiáng)度由765 MPa下降到655 MPa，但是不銹鋼的塑性、韌性和硬度變化不明顯。

表2 不同二次時效處理溫度下A705-630不銹鋼的力學(xué)性能

A705-630不銹鋼的強(qiáng)化機(jī)理與沉淀相的析出有關(guān)，不銹鋼的強(qiáng)度由強(qiáng)化相對位錯的作用決定，當(dāng)不銹鋼固溶處理+時效處理后得到的強(qiáng)化相顆粒極細(xì)小彌散，分布密集，位錯線將發(fā)生堵塞，無法通過這些顆粒，不銹鋼強(qiáng)度得到提高。從圖1中可以看出，當(dāng)不銹鋼在進(jìn)行二次時效處理時，晶界的析出相逐漸減少，位錯線不再發(fā)生塞積，不銹鋼強(qiáng)度降低。

3 結(jié)論

1)A705-630不銹鋼經(jīng)過固溶處理+時效處理得到板條馬氏體組織，經(jīng)過二次時效處理后仍然為板條馬氏體，但是晶粒有細(xì)化的趨勢；

2)A705-630不銹鋼在經(jīng)過二次時效處理后晶界析出相明顯減少；

3)在相同的固溶處理和一次時效處理的情況下，A705-630不銹鋼在經(jīng)過590 ℃二次時效處理后的強(qiáng)度與未經(jīng)過二次時效處理的強(qiáng)度未有明顯變化；

4)在相同的固溶處理和一次時效處理的情況下，A705-630不銹鋼二次時效處理在大于590 ℃時，隨著時效溫度的升高，強(qiáng)度下降，塑性、韌性和硬度變化不明顯。