調(diào)整處理對(duì)17-4PH鋼組織和性能的影響

王全振，那艷會(huì)，張暉瑾，馬超，陳鑫，劉爽慶

1.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110869

2.通用技術(shù)集團(tuán)大連機(jī)床有限責(zé)任公司 遼寧大連 116000

1 序言

17-4PH鋼是典型的馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有高強(qiáng)度、高韌性、抗腐蝕性、高耐壓性等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種條件和惡劣的工況條件服役，因此被廣泛用于壓力容器、飛行器和汽輪機(jī)葉片等領(lǐng)域。本文對(duì)17-4PH鋼進(jìn)行了不同工藝的熱處理，包括固溶處理+時(shí)效和固溶處理+調(diào)整處理（溫度不同）+時(shí)效處理。調(diào)整處理的目的是降低奧氏體中的合金元素含量，以提高馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)。由于調(diào)整處理時(shí)一部分碳以及鉻、鈮等合金元素只能部分溶于奧氏體中，另一部分碳以及鉻、鈮等元素以碳化物形式從奧氏體中析出。改變調(diào)整處理溫度，可調(diào)整奧氏體合金元素的含量，從而導(dǎo)致鋼組織、性能發(fā)生變異[1]。本文重點(diǎn)研究調(diào)整處理溫度對(duì)17-4PH鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料為17-4PH鋼，試棒尺寸為φ100mm×100mm，其化學(xué)成分見表1。該材料是經(jīng)電爐冶煉、鍛造成形，并經(jīng)超聲波檢測(cè)合格。熱處理工藝試驗(yàn)參數(shù)見表2。

表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 熱處理工藝參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 調(diào)整處理溫度對(duì)17-4PH鋼力學(xué)性能的影響

馬氏體沉淀硬化不銹鋼的強(qiáng)化機(jī)制包含了相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化等。馬氏體轉(zhuǎn)變指高溫奧氏體經(jīng)快速冷卻，在較低溫度下發(fā)生無(wú)擴(kuò)散切變形成體心正方的馬氏體；金屬材料固溶體中過飽和元素從基體中析出形成第二相粒子，該第二相粒子誘發(fā)應(yīng)變，使得金屬材料晶格發(fā)生畸變，從而強(qiáng)化金屬，這是沉淀硬化的主要機(jī)理；時(shí)效處理是沉淀硬化不銹鋼熱處理過程中的最后一步，通過時(shí)效作用，基體材料的析出相逐漸沉淀出來(lái)，也因此獲得良好的綜合力學(xué)性能[2]。

依據(jù)GB/T 228.1—2010《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，在RSA250拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 229—2020《金屬材料-夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》，采用夏比V型試樣，在JWB-300型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)（結(jié)果取3個(gè)試驗(yàn)的平均值）；使用Axiovert200MAT型光學(xué)顯微鏡觀察金相組織。

表3為17-4PH鋼經(jīng)不同熱處理工藝力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。從中可以看出，1#試樣經(jīng)固溶處理+時(shí)效處理的17-4PH鋼強(qiáng)度和硬度指標(biāo)最高，但塑性指標(biāo)不理想，沖擊吸收能量較低。此外，對(duì)比2#～4#試樣力學(xué)性能分析，隨著調(diào)整溫度的升高，17-4PH鋼強(qiáng)度和硬度值隨之增加，但塑性指標(biāo)則隨之下降，以沖擊吸收能量下降尤為明顯。通過不同的調(diào)整處理溫度，使馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)升高，隨后的冷卻形成的馬氏體量增加；采用相同的時(shí)效溫度，形成的回火馬氏體也是增加的，因此隨著調(diào)整溫度的提高，強(qiáng)度隨之上升，塑性指標(biāo)下降。

表3 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

3.2 調(diào)整處理對(duì)17-4PH鋼顯微組織的影響

由于調(diào)整處理時(shí)，一部分碳以及鉻、鈮等合金元素只能部分溶于奧氏體中，另一部分碳以及鉻、鈮等合金元素以碳化物形式從奧氏體中析出。調(diào)整處理的目的是降低奧氏體中的合金元素含量，以提高馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)。隨著調(diào)整溫度的升高，部分碳以及鉻、鈮等合金元素以碳化物形式從奧氏體中析出的越多，這樣Ms點(diǎn)升高，固溶進(jìn)基體的碳及合金元素的量減少，奧氏體穩(wěn)定性下降，在隨后的快冷過程中獲得的馬氏體含量增高，殘留奧氏體含量下降。中間調(diào)整處理使材料的逆轉(zhuǎn)變奧氏體的析出峰溫度降低，導(dǎo)致材料的逆轉(zhuǎn)變奧氏體含量升高[3]。同樣的時(shí)效溫度馬氏體含量高，抗拉強(qiáng)度隨之上升，塑性指標(biāo)下降。金相組織如圖1所示。

圖1 17-4PH鋼顯微組織

4 結(jié)束語(yǔ)

1）17-4PH鋼經(jīng)固溶處理＋時(shí)效處理的顯微組織為板條馬氏體+少量奧氏體。

2）17-4PH鋼隨著調(diào)整溫度的升高，強(qiáng)度和硬度值增加，塑性指標(biāo)略有下降。

3）本試驗(yàn)條件下，如需獲得最佳的強(qiáng)化效果，則推薦工藝為固溶處理1050℃油冷+調(diào)整處理760℃油冷+時(shí)效處理610℃空冷。添加調(diào)整處理可以提高材料的塑性及抗沖擊性能。