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热处理工艺对Crl3型不锈钢组织和性能的影响


第 1 卷 总第 5 3 2期  20 07年第 3 期 

特 钢技术 
S e ilSe lTe h o  D ca  te  c n l

V 11(2  o.3 5 )
2 0 No.  0 7. 3

热 处 理 工 艺对 C l 不锈 钢 组 织 和 性 能 的影 响  r3型

张 平  周 上 祺 
( 钢集 团 四川 长城 特 殊 钢 公 司 钢 管 公 司 四川 江油 6 10  2重 庆 大 学 材 料 工 程 学 院 重 庆 4OO ) 1攀 27 1 OO0 
摘 要: 选取 C l 不 锈 钢 小型 材 为 研 究 对 象 , r3型 主要 针 对 碳 和 热 处 理 制 度 对 钢 材 组 织 和 性 能 的 影 响 进 行 了研  

究。 生产 实践具有重要指导意义。 对  
关 键 词 :r3型 不锈 钢  热 处 理  组 织  性 能  Cl

Efe t0   a   e t e tPr c s  n S r cu e a d Pr p ry fc  fHe tTr a m n   o e so   t u t r   n   o e t   o       t i ls  te  fCr   S a ne s S e l 1 3
Zh n   n   Z o   h n q  a gPig h uSa gi
(  i unG e t l S e Pp  o , i , ag n   r p 2 C o   i   n esy C l g f a r l c nea dE g er g  1S h a  r   l t l i C . Ld ,P na gG o     h n Q n U i r t, o e e0 M t i   i c  n   n i e n ) c a Wa   e   e u g g v i l   eaS e n i
  .

A s a t A cri     ek y 鼍 r  r et f u  m n 。 h m l s t n f t nes t l r3w s e c d a t   bt c : cod t t  e e ac p j     r o p y t 8 s  e i s  a ls s   l  a  l t  s h r g n oh   h ocoo c a e co o s i  e C se e  e ojc o  es d .I  i p pr h   f c o cr n c n n  d ha l a e t r eso   es u t ea d po r   a I- b t f   u y n t s ae .t ee t f ab   ot t   et r t n po s nt  t c r n   rp t w s e e  t t h h  e    o e a n  em   c   h r u   e y    
sac e e rh d,whc  ssg i c tfrte po u t n p a tc   ih i  in f an o  h   rd c o   rc e. i i i Ke   o d y W r s:Cr 3 san es se l l   til s te ,He tte t n  rc s , Sr cu e,Prp ry a rame tp o e s tu tr o e t 

衰 1 试 料 的化 学 成 分 / t   w%

引 言  
随着现 代工业 和科 学 技术 的 迅速 发展 , 用户 对  不锈 钢数量 需求 日益 增 加 的 同时 , 也对 其 使 用性 能  提 出了更 高 的要 求 。C l r3型不 锈 钢 系马 氏体 不 锈 
耐热 钢 , 在淬 火 、 回火后 使 用具有 较 好 的耐 蚀性 、 热  强性 和冲 击 韧 性 。但 此 钢 种 大 多 只有 在 经 热 处 理 

- 1 h il。  t f s l  % l  Ce c  m i   t s     m ac 0 l  / 璐0 e

后才 能正确 使 用 , 于 许 多 再 加 工 用 户 来 说 , 处  对 热
理无 疑是摆 在 面 前 的一 道 难 题 , 因此 , 长 钢 公 司  攀 提 出以 2 r3为 主要 研 究 对 象 , 要 通 过 实验 室 热  Cl 主 处理 工艺研 究 , 论 其 强 韧 性 搭 配 的 最 佳 工 艺 , 讨 摸  索 出 Cl r3型不 锈 钢 材 综合 性 能 达到 最优 的 热处 理 
注 : 中 除 0 A 4 3卡 号 的 I r3是 由模 铸 钢 锭 生 产 外 , 余 均  其 4 28 Cl 其

由连 铸 坯 生 产 。  

究 , 以知 道 , 可 在不 同热 处理 状态 下 , 到 的组织 有  得 着 明显 的 区别 , 械 性 能 也 随 之 而 发 生 较 大 变 化 。 机  

制度, 同时运 用 到 大 生 产 实 际 当 中去 , 提供 符 合  为 用户近终使 用状 态 的产 品打 下坚 实 的基 础 , 并将 科 
技成果转化 为 经济效 益 。  

本 次试验 的 目的是 为 大 生 产提 供工 艺 参 考 , 必须 将 
铬不锈 钢的 组 织 、 械 性 能 变 化 规 律 摸 索 出来 ,   机 因 此在考 虑试 验 方 案 的 时候 , 点 是 确 定 淬 火 、 重 回火  工艺制 度 。   1 2 1 淬火 制度 的制定 【 J ..   l     淬火 的加 热 温 度 和 迅 速 冷 却 都 是 淬 火工 艺 的  关键所 在 。对 于 Cl 不锈 钢而言 , 火温度 有着  r3型 淬

1 C l 型 不 锈 钢 的 组 织 和 性 能    r3
11 试 验 用 料  .

选 用 1 r3 2 r3和 3 r3三种 钢材进行 试验 ,   l、Cl C Cl   其化 学成分 见表 1 。  
12 热 处 理 工 艺  .

至关 重要 的作用 : 火 温度 的高 低对 回火后 钢 材 的  淬
冲击 韧性 影 响较 大 。相 关 资 料[ 对 C l 不 锈 钢  4 ] r3型

根据文 献 中对 C l r3型不锈 钢的 热处理工 艺研 

的热处理 工 艺 也 作 了详 细 说 明 : C1 锈 钢 采 用  2 r3不
在 A3 c 附近 9 0℃淬 火 、 5 回火后 与 1 0   0℃淬 、 0 回火 

收 件 日期 :o6—1 —2  2o 2 8 作 者简 介 : 张平 , 士 , 硕 主任 工 程 师 ,96年 北 京科 技 大 学 钢 铁 冶 金 系 毕 业 ,0 5年 重 庆 大 学 材 料 工 程 硕 士毕 业 , 19 20 现供 职 于 攀 长 钢 钢 管公 司 , 联 
系 电话 ;3 8 1 17   1 8 15 3 7

? 

1 ? 2 

特 钢 技 术 

第 1 卷 第 3期  3
表 3 冲 击 试 验 工 艺 方 案 
T be 3 e-c 8  ln o   p c e t a l   l e 8pa   fi a tts  o m

后 比较 , 者强 度 、 两 塑性 指标 几 乎处 于 同一水 平 , 但  前者 减 弱 了 回火 脆 化 倾 向 , 高 了 冲 击 韧 性 。 同  提 时 ,C1 锈钢 在 90 o 淬火 , 以减少 淬火 设 备  2 r3不 5  C 可

不 同组 别 圆 火 温 度

/ ℃ 
 

因高 温工作 而 出现 的维 修 费 用 , 降低 了能 耗 , 并 节 
省 了工 时 , 以获 得 一 定 的社 会 效 益 和经 济 效 益 。 可   另一方 面 , C1 锈 钢在 90 o 淬 火 、 2 r3不 5 C 回火后 可 以  获得 5 一1 %的铁 素体 , 高 了铁素 体抗 5 a I % 0 提 %N C  盐雾腐蚀 能力 。从 抗腐 蚀 能力 上 讲也 有 一定 益 处 。   因此经过 综合考 虑 , Cl 将 r3型不 锈钢 的淬火 温度 定  在 90 o 5  C比较合 适 。  

薹 萼  

0 A2 8   0 A2 7   0 A2 7   0 A 4 43 4 45 4 46 4 蝴

/℃ 

l l  Cr 3

2 r3 C l 

2 r3 C l 

3 r3 C l 

至于 冷却 方式 , 常情 况下 以快 冷 ( 冷 ) 为  通 水 较
适宜 , 由于钢 材 试样 直 径 较 小 ( 1  m) 采用 空  但 0 0m ,

冷就 能够完 全满 足冷却速 度要求 。  
12 2 回火制度 的制定 【 5  0 . .  l, 】   7  

淬 火后 的 回 火 就是 消 除残 余 应 力 和 增 强 钢 的  韧性 。淬火 后 的 马 氏体 和残 余 奥 氏体 是 不 稳 定 的 
组织 , 通过 回火 处理 后 的马 氏体 组 织转 变 为 回火 马  为体现 回 火 不 同 阶段 的 组织 形 态 区别 及 回火  脆性发 生 阶段 ,特选 择 30 o 一 5  C区间 回火 。 0 C 7 0 o  

氏体 、 回火 屈 氏 体 和 回火 索 氏体 组 织 , 以达 到 所 要 
求的组 织和 各项力 学 性 能指 标 , 与 回火 温度 的 高  这
低和 回火 时间关 系很 大。  
表 2 回 火硬 度 试 验 工 艺 方 案 

冷却 制度 上 ,为 了避 免 60 o 0  C以上 高 温 回 火后 产 
生 脆性【 。,均 采用 回火后 快冷 (   。 即水 冷 )方式 。  

至于保 温时间 ,由于试样 直 径 较小 ,保 温 时间 2h   
已经 足够 。   12 3 热处理 工 艺的确定  .. 综 上所 述 , 样 的 热 处 理工 艺 为 :5 C淬火 , 试 90o   保温 3  i, 冷 ;0  0m n 空 30 o 7 0 o C一 5   C回火 2h 水冷 。  ,   本次试 验分 四个 卡 号分 别做 4组 , 组 在 同一  每 回火温度 下 选 择 多 个 试 样 ( 火 硬度 试 验 为 2个 , 回  

T b 2 e ) 8 p Io t pr  adeset al   lc 8 llfe ee hrns t   e x ̄   a  m d  s

回火 0C冲击 韧 性试验 为 3个 ) 具体 方案见 表 2 3   ̄ , 、。
13 金相 组织及 力学 性能  . 13 1 金 相组 织的检验  ..

金 相试样 的制 备 : 冲击 试 验所用 的试 样 的非  将 冲击 变形 面进行 磨 制 、 抛光 后 加工 成 金相 组 织 的检 
验 试样 。  

金相 组织 的显示 : 盐 酸酒 精 溶液 与 苦 味酸 酒  用 精 溶液混 合后 侵蚀 。  

金相 组织 的观 察 及 金 相 照 片 的拍 摄 在 奥 林 巴 
斯 ( L M U   X 1倒 置式 金相显 微镜 上进行 。 O Y P SG 7 )   由于不 同的组织 有不 同的 金相 特征 , 于 Cl  对 r3

型不 锈钢而 言 , 同 等 淬 火 条 件 下 , 在 回火 温 度 对 其  组织 影响极 大 , 种 影 响 可 以 通 过 硬度 、 温 冲击  这 低 韧性 等指标 表 征 出来 。根 据 不 同 回火 温 度 对 硬 度  和低温 冲击韧 性 的作 用分 析 , 主要 存在 三个 变 化 区 
间 , :0 C 一5 0 o 5 0 o 50 o 即 30 o 0 C, 0 C   5 C,50 o  5  C

7 0o 因此 选 取 在 四个 典 型 回 火 温度 (0  C   5  C。 40 o、

20 07年第 3期 

张平

周上 祺 : 处理工 艺对 C l 热 r3型不锈 钢组 织和 性 能的影 响 
0 A 4 5 0 A 4 8 的试 样 1 r3 2 r3 3 r3经 四  4 2 7 、4 2 9 ) C1 、 C 1 、 C 1

50C、5  7 0o ) 0  ̄ 50 o 5 C 下试 验对金 相组织 进行 观察 , C、  

以达 到进一 步 解 释 硬 度 和 冲 击 韧性 变化 的趋 势 性 
行 为。 图 1— 1 分 别 是 三 个 卡 号 ( 4 2 8 、 2 0 A 4 3 

个典 型 温 度 回 火 后 的 金 相 照 片 。热 处 理 制 度 为 :  

90 o保 温 3   i , 5  C 0m n 空冷 ; 回火保温 2h 水冷 。  ,  

图 1 I r39 0C淬 火 . 0     C l 5  ̄ 4 % 0 回火 的 金 相 图 
Fg 1 Mealga he sr cu e o  Cr3 atrq e c e   i   tl rp i tu tr  fI l   fe  u n h d o a  5 C .e ee   t4 0' × 5 0 t9 0 ̄ tmp rd a  0 1 2 0 

图 2 I r  5  ̄ 淬 火 .0  ̄   Cl 90C 3 5 0C   回 火 的 金 相 图 50   0×
Fg 2 Meal g a i  tu tr   f1 l   f r i    tlo rphe sr cu e o Cr 3 at   e q n h d a  5 C .e e e   t5 0' × 5 0 ue c e   t9 0 ̄ tmp r d a  0 1 2 0 

图 3 1r390C淬 火 .5  ̄   C l 5  ̄ 50C  
回火 的 金 相 图 50× 0  
Fi   Mealga hc sr cue o  Cr 3 atr g3 tlo r p i  tu tr  f1 l   fe  q n h d a  5 C -e ee   t5 0 ̄ ×5 0 ue c e   t9 0 ̄ tmp rd a  5 C 0 

图 4 1 r  5  ̄淬 火 .5  ̄   Cl 90C 3 7 0C  
回 火 的 金相 图 5 0   0×
Fg 4 M ealg a hc sr cue o   l  e c e   i    tlo r p i  tu tr  f1 3 q n h d Cr u a  5 C .e ee   t7 0 ̄ × 5 0 t9 0 ̄ tmp r d a  5 C 0 

图 5 2 r3 5 ̄ 淬 火 .0  ̄   C1  0C 9 40C  
回 火 的 金 相 图 5 0× 0  
Fi   Mealg a hi  tu tr  f2 1  f r g5 tlo r p e sr cue o  Cr  at   3 e q e c e   t95 C ,e ee   t4 0 ̄ u n h d a  0 ̄ tmp rd a  0 C ×5 0 0 

图 6 2 r39 0E淬 火 。0  ̄    C1 5 ̄   5 0C
回 火 的 金相 图 50× 0  
F g6 Mea lga hc sr cu eo  Cr3 atr i   tlo r p i  tu tr  f2 1  f   e

q e c e   t 0 ̄ ,e e e   t5 0 ̄ ×5 0 u n h d a  95 C tmp rd a  0 C 0 

特 钢 技 术 

第 1 第 3期  3卷

圈 7 2 r390C 火 .5  ̄    C1 5  ̄淬   50C
回火 的 金 相 圈 50× O   F    M i7 g  ̄ pi tc r o2 r  fr h r t e f C1 ae   ̄s u u   3 t

圈 8 2 r3 5 ℃淬 火 .5  ̄    C19o   70C
回火 的 金 相 圈 50× 0   F    M tJ  i 8 e ll g a0 i sut e f C1 ae  c t c r o 2 r3 fr  r u    t
q e c e   t9 0 ̄ -e e e   t7 0 ̄ × 5 0 u n h d a 5 C tmp rd a 5 C 0 

q e c e  t 5  ̄ tmp rd a  5  ̄ ×5 0 u n h d a 9 0 C- e ee  t 0 C 5 0 

圈 9 3 , 39 0C淬 火 .0 ℃    C 1 5  ̄ r 4o

图 1  3 r  5 ℃ 淬 火 .0 ℃ 0 C1 90 3 5o  

回火 的 金 相 圈 50× O  
Fg9  MeB  a Ic sr cu eo  Cr 3 atr i  tl pI  tu tr   f3 ,1  fe   i

回 火 的 金相 圈 50   0×
Fi  0 Mealg a hc s'eu e o Cr 3 at r g1  tlo r p i  Uu tr   f3 1  fe 

q e c e   t 5  ̄ tmp rd a  0  ̄ ×5 0 u n h d a  0 C-e e e   t 0 C 9 4 0 

q e c e   t 5 C-e e e   t 0  ̄ ×5 0 u n h d a  0 ̄ t 9 mp rd a  0 C 5 0 

图 1 3 r   5  ̄ 淬 火 .5  ̄  1 C1 90C   3 50C

图 1  3 r390 C 火 .5  ̄  2 C 1  5  ̄ 淬 7 0C

回 火 的 金相 图 50   0×
Fg 1  M ealg a hc srcu eo   r 3 atr i   1 tl rp i  t tr  f3C 1  fe   o u

回火 的 金 相 图 50× 0  
Fg 1   Mealga hc sr cu e o  1   fe  i  2 tl rp i tu tr  f3Cr3 atr o

q e c e   t 5  ̄ , mp rd a  5  ̄ ×5 0 u n h d a  0 C t e e   t 0 C 9 e 5 0 

q e c e   t 5  ̄ . mp r d a  5  ̄ ×5 0 u n h d a  0 C t ee   t 0 C 9 e 7 0 

13 2 力 学性 能 的测 定  . .  根 据试 验 内容要求 , 将测定 回火后 的 H B和 A   k 值 。( : k 值测定 温度 为 0℃)  注 A  。

所 加工 的 冲击 试样 为 1 0×1 5  / V型缺 口 0× 5In n   
试样 。  

这 里需要 对 冲击韧 性测 定温度 加 以说 明 。通常 

20 07年 第 3期 

张 平  周上 祺 : 热处理 工艺 对 C l r3型不锈 钢组 织和性 能 的影 响 

?l ? 5 

表 4 不 同卡 号 的 回 火 硬 度 平 均值 
Ta l    Av rg  au so e e e   ad e so  a ls wih be4 e a e v le  ftmp rd h r n s  fs mpe   t  diee ts ra  umb r  f r n ei n l es

为 回火后 冲击 韧性 检验 温度 。   根据 试验 结果 , 不 同 C含 量 的 C l 将 r3型不 锈 钢 

棒材 在不 同回火温度 下 的硬度平 均值 和 0℃冲击平 
均值 计算 出来 , 表 4和表 5所 示 。 同 时 由硬度 平  如 均值 作 出碳含 量和 回火温 度对 钢材硬 度影 响的变化 

曲线 图 , 图 l 如 3所示 ; 冲击 平 均值 作 出碳含 量 和  由
回火 温度对 钢材 0℃冲击 值 影 响 的 变化 曲线 图 , 如 
图 l 示。 4所  
表 5 不 同 卡号 的回 火 冲 击 平 均 值 ( O℃ )  
Ta l    Av rg   au so e e rd i a tv u   fs mpe   b e5 ea ev e  ftmp e  mp c  a e o  a ls l l

ih i r te l u br O℃ l wt d e n s a n m e (  fe   r   i s  

注 : 中“ ” 材 料无 测 定 数 据 , 试 样 加 T 不好 所 致  表 一 为 属

图 l 碳 含量 和 回火 温 度 对 钢 材 的 0 冲击 值 影 响 曲线  4 ℃

图 l 碳 含 量 和 回火 温 度 对 钢 材 的 硬 度 影 响 曲线  3
Fg 1   Cu v   fe e t  fc r o   o tn  n  e e rd i  3 re o  f cso a b n c ne ta d tmp e   tmp rtr  n t e h r n s  e e au eo  h   a d es

F g 1   Cu v   fe e to a b n c ne ta d tmp r d i  4 r e o f c  fc r   o tn  n e e e   o tmp rtr  n i a tv le a  C  e e au e o  mp c  au   t0 ̄

情况下实 验室均 采用 2 5℃室 温测定 , 由于攀 长 钢  但

2 结 果分 析 和 讨 论 
2 1 Cl .   r3型不 锈钢 的金相 组 织 
图 1 1   2分 别 是 1 r3 2 r 、 C 1 C l、 C1 3 r3三 个 钢 种  3

公司生产 提供 的大 多数 C l 不 锈钢 都要 求 在 低  r3型
温( 0℃及 以下 ) 下使 用 , 此本 次 试 验 选 取 0℃作  因

? 

1 ? 6  

特 钢 技 术 

第1 3卷第 3期 

的试 样经 四个 典型 温度 回火后 的金相 照片 。热处 理  制度 为 :5 9 0℃保 温 3  i, 0r n 空冷 ; a 回火保 温 2 h 水   ,
冷 。从 金相 照 片 中不 难看 出 , 四个 卡号 的 C l r3型不  锈钢虽 然 c含量 不 同 , 经 同等热 处 理后 的 金 相组  但

如 图 1 示 , 30℃  50℃回火 温 度 范 围  3所 在 0 0

内 ,C 1 2r 3试样经 回火处理后 , 硬度几 乎没有 什么大的  变化 , 不但没有下降 , 反而略 有升高 。正 如前 面所述 ,   在这 个 温度 区间里 , 钢种处 于残余 奥 氏体 转 变期  该 间。一方面 , 由于合金元素 c 的大 量加入 , 高了钢  r 提
的回火稳定性 - 1   , 增强 了钢 的抗 回火软化 能力 , 导 

织却很 相似 , 仅仅 在 碳化 物 析 出的 数量 和 大 小上 有 


定 的区别 。  

在 40℃ 、0 0 5 0℃、5 50℃三个 典 型 温度 下 回火 
的金相组 织显 示 , 在这 个 区间范 围 内 回火所 得 到 的 

致试样 经 30℃以上 回火 , 0 硬度仍然 没有下 降。另一  方面, 由于在 50℃左 右范 围 内回火 时 , 0 淬火 钢 中的  残余奥 氏体分 解为 a 相和合金碳化物 ( r [,,】 C7 111 , Q) 347   这种在较低 温下 析 出的合金 碳化 物是 细小 、 弥散 的 ,  
因此导 致 了弥散 强 化 , 即产生 了一定 的二 次硬 化 作 

金 相组织 为典 型 的 回火 屈 氏体组 织 , 组织 特征 是  其 在 铁素 体基 体 内分 布着细小 的粒状碳 化物 。唯 一的  区别是 : 40 ℃回火 后 , 在 0 由于 温度 较低 , 出 的碳  析 化 物较少 ; 当 回火 温度升高 到 50℃时 , 出 的较  而 0 析
多且 弥散 ; 回火温度 进一步 升高到 5 0℃时 , 析  当 5 所

用【 ,J从而使硬度 略有增加 。在回火硬度 曲线上则  11 , 57
体现 出硬度 峰值 ( B 5 ) H 4 的出现 。 0  

出的碳 化物 明显 长大增 粗 。在 70℃典 型温度 下 回  5
火 的金 相组 织显 示 , 这个 温度 左 右 回火 所 得 到 的  在

随着 回火温度 的升 高 , 回火 温 度 超过 50℃ 在 0   以后 , 金元 素 c 的 扩散 能 力加 强 , 金 碳化 物 聚  合 r 合
集长大 , 散 强 化 效 果 减 弱 , 以 回火 硬 度 开 始 下  弥 所

金相组 织为 典型 的 回火 珠 光体 组 织 , 组 织 特 征是  其 由等轴 铁素 体和 粒状 碳 化 物构 成 的复 相组 织 , 而且 
碳 化物 颗粒 已 明显 粗化 , 与球化退火 组织 相近 -   l ¨。

降 。当 回火 温度 达 到 5 0℃时 , 金碳 化 物 ( r 3  5 合 c7 ) C 迅 速长大 , 导致 回火 硬度 直线 下 降至 ( B 2 ) 在 回 H 30 ,   火 硬度 曲线上 则体 现 出一个坡度 很陡 的拐点 。   当回火 温度进 一步升 高 , 到 50℃以上 时 , 达 5 钢  中合 金碳 化物 聚集 长 大 的 速度 更快 并 且球 化 , 散  弥
强化 的作用 逐渐 减 小 直 至消 失 , 因此 回火 硬度 进 一 

通 过上 述 分 析 , 形象 直 观地反 映 了 回火 过程 中 
组 织 的变化 规律 。  
22 碳 与 Cl . r3型不锈 钢 回火硬 度的关 系 

如图 1 示 , 次试 验用 四个 卡 号 的 Cl 3所 本 r3型  不 锈钢经 同样 的热 处理条件 下所得 到的硬度 变化 曲  线 的趋 势是 完全 一 致 的 , 唯一 的 区别 在 于碳 含 量 较 

步 下降 。在 回火硬度 曲线上 则体现 出逐 渐下降 的规  律, 硬度 的最小 值 为 70℃ 回火 时 的 ( B 2 ) 但 下  5 H 30 ,
降 的幅度 不如 50℃时 回火那 样大 。 5   2 4 碳对 Cl 不锈钢 回火韧 性的 影响  . r3型 碳含 量对 C l 不 锈 钢 的 回火 韧 性 的影 响 如  r3型 图1 4所示 , 中的 碳含 量 对 C l 不 锈 钢 的 回火  钢 r3型 韧性 影 响较大 , 点与 回火 硬度 的变 化规 律 并不 一  这 致 。本 次试验 用 四个 卡 号 的 C l 不 锈 钢经 同样  r3型 的热处理 条件 下所得 到 的冲击 韧性变化 曲线 的趋势 

高 的 C l 不锈 钢在 同等 条件 下 的 硬度 稍 高 。从  r3型
图1 3中 , 以明显 看 出 , 果将 1 r3回火 硬度 曲  可 如 Cl

线在 Y轴上 向上 做垂 直 移 动 , 和 2 r3回火 硬度  将 C1 曲线 完 全 重 合 ; 是 2 r3 3 r3的 回火 硬 度 曲线  但 C1 、 C 1 却 是异 常 的接 近 , 乎无法 明确 区分。显 然 , 含量  几 碳 的高低对 回火硬 度 有 一定 的 影 响 , 这 种影 响并 不  但
完全 是与碳 含量 的上 升成 正 比, 它还 要受 c 含量 的  r 影 响。  
2 3 回 火 温 度 对 C l 不 锈 钢 回 火 硬 度 的 影 响  .   r3型

基本 一致 , 但是 碳含 量 的 高 低对 回火 韧性 的 的影 响  却 十分显著 。基 本上 , 同等热处 理条 件下 , 在 回火韧 
性 的好坏 同钢 中的碳 含量成反 比。下面 就这种 变化 

Cl 型不 锈 钢 回火硬 度 的 变化 趋 势 如 图 1 r3 3所  示 : 30℃  50℃之间 , 在 0 0 硬度变化 不大 , 略有上 升 ,   并且在 5 0℃左右 达到最 大值 ; 50℃ 50℃之  0 在 0   5

趋势 加 以分 析 和讨论 :  
从图 1 4可 知 , 于 卡 号 为 0A 45 0A 46的  由 4 27、 27 4

2r C1 3试样碳 含量 比较接近 ( 分别 为 02 %、.8 , .1 0 1%)   经 同等热处理条件下 , 回火韧性曲线基本重合 , 具有相 
同的变化 规律。而 卡号为 0A 48的 3 r 试 样碳 含  4 29 C1 3 量为 02 %, . 7 相对 2 r3 C1 较高 , 回火韧性 曲线在 2 r3 C1 下  方运行 ; 卡号为 0. 43 1r3 4 28 的 Cl 试样碳含量为 0 1%, 4 . 2  

间, 硬度 随着 回火温 度 的升高 下降 较快 ; 5 0℃ 一 在 5   70℃之 问 , 5 硬度 随 回火温度的升高进一步下 降。  
从图 1 知, 3可 在不 考 虑碳 含 量 的 影 响前 提下 ,  

Cl r3型不 锈 钢 的 回火 硬度 曲线 都 有 着 同样 的 变 化 
趋 势。 因此任 意选取 2 r3回火 变化 曲线 作 为研 究  C1

回火韧性 曲线却在 2 r 上方运行 。这种变化说明 : C1 3 在 

对象 , 分析 和讨 论 C l 不锈 钢在不 同回火 温度  来 r 3型
阶段 的硬度 变化 特点及 原 因。  

同等热处理条件下, 碳含量的升高明显降低了钢材的  
冲击韧性 , 是低 温冲击 韧性。这是 因为碳含 量高  尤其

20 0 7年 第 3期 

张 平  周 上 祺 : 处 理 工 艺 对 Cl 热 r 3型 不 锈 钢 组 织 和 性 能 的 影 响 

?1 ? 7  

的不锈钢在 回火过程 中析 出的碳 化物相 应较多 , 而这 

喜欢用 2 r3钢材 制 作 发 电机 组 , 对 钢 材 的力 学  C1 且 性能要 求 很 苛 刻 , 以 我 们 以三 峡 发 电 机 组 用 钢  所

种碳化物脆性 较大 , 从而降低 了钢材的韧性 , 尤其对低 
温韧性伤害较 大。   综 上 所述 , 以得 出这 样 的结论 : 同等热 处理  可 在 条件 下 , r3型不锈 钢 回火韧 性 随着 碳含 量 的增 加  Cl 而下 降。  
2 5 回火 温度对 Cl .   r3型不锈 钢 的回火韧 性 的影 响 

A T   2 6 r 2 为讨论 对象 , 研究强 韧性 配合  S M A 7 G   0作 4 来
的最佳 热处理 工艺 。A T A 7 S M  2 6标准 中对 三峡 发 电 

机组用 圆钢 的订货 技术条 件 如表 6 示 : 所  
表 6 马 氏体 不 锈 钢 的 力 学 性 能 要 求 
Ta l    S e ie   c a c lp o e t fmatn ii  t nes se l be 6 p cf d me h nia  rp ry o  re ste s ls te  i ai

如图 1 示 , 4所 四个 卡 号 的 C l 不 锈 钢都 出  r3型
现 了不 同程 度 的 回火 脆 性 [ 加。 由于第 二 类 回火  埔 。 脆性 [ ∞ 的产 生 , 得 c 1 不 锈 钢 在 50 c 回    】 使 r3型 0  I =

火时产生 了韧性 值 突然 下 降 的 现象 , 导致 低 温 冲击 
值在 50 c 5 0 c范 围 内出现 了一个 低 谷 。究 其  0  =~ 4  = I I 原 因 , 这个 温度 区 间 内 , 对 碳 钢 而 言 , r3型 不  在 相 Cl

由表 6的技 术 条 件 要求 可 知 , 强 度 要 求 并 不  其
是 越高越好 , 是 在 一 个 范 围之 内 : 0 P 一 3M a  而 7 M a 90 P。 9

锈钢 中的合金 元 素 C 要 高 得 多 。正 是 由于 合 金 元  r
素 c 的大量加 入 , 得在 5 0℃ 一50℃温 度 区 间  r 使 0 4 内 , r 素 与 钢 中 的杂 质元 素 P S A 、 e S c元 、 、 s T 、 n等 混 

为了便 于分 析 , 然 选 取 2 r 依 C1 3回火 变 化 曲线 作 为 
参 考 , 过硬度一 强 度换 算 , 保证 抗拉 强度 在规定  通 要 范围之 内 , 必 须将 回火 硬 度 控 制 在 H 2 8~2 8 则 B:3 7 

合作 用促 使杂质 元 素在 晶界 上偏 聚 , 而 导 致 了 回  从
火脆 性 的产生 。   从图 1 知 , 不 考 虑 碳 含 量影 响 的 因 素 下 , 4可 在  

区间范 围。从 图 1 以显 见 , 达 到 上 述 要求 ,   3可 为 回
火 温度 变 化 范 围 为 6O o ~70 o O C 0 C。另 一 方 面 , 由 

于该 钢材对 低 温 (  I) 击 值 有 特殊 要求 , 以在  0c 冲 = 所 兼顾抗 拉强 度 的 同时 , 须 特 别 注重 回火 韧 性 的 讨  必 论 。由图 1 知 , 保 证 回火 低 温 韧 性 达 到要 求 , 4可 要  
则 回火温 度只 能在 30 o 0 C~30 o 5 C区间 内变化 或 者  高 于 6O o O  C。综 上所 述 , 既要保 证 钢材 的强度 , 又要 

Cl r3型不锈 钢 回火 韧性 曲 线 都 有 着 同 样 的 变 化 趋  势 。为 了便于 分 析 , 同样 选 取 2 r3回火 变 化 曲线  C1 作 为研究 对象 , 分析 和讨 论 C l 来 r3型不锈 钢 在不 同 
回火 温度 阶段 的韧性 变化 特点 及原 因 。   在 3 0 c 50 c范 围 内回火 时 , 0  =~ 0 I I = 由于 2 r3钢  C1

保证材 料 的低温 韧 性 , 么 使 之 达 到 强韧 性 配 合 的  那
回火 温度 范 围应 该是 6 O o 7 0 o   O C~ 0   C。 以上是 实验 室研 究得 出的结论 , 工业 生产 中 , 在   究竟采 用什么 样 的 回火 温度 , 能达 到最 佳 热处 理  才 效果 呢 ?很 有必 要在 6 O o O C~7 0 o 0  C回火 温度 范 围 

中的碳 含量 较低 , 以淬火 组织 中存 在 大量 的位错 , 所  
在不超 过 3 0 o低 温 回火 时 , 0  C 位错 并不 消失 , 同时在  外力作 用下 , 位错 尚有 一定 的迁 移能 力 , 钢不 易 产  使 生裂纹 , 因此 钢 的韧 性 较 高 。而 在 30 o 上 回火  0 C以

时, 从马 氏 体 中 析 出碳 化 物 , 加 了位 错 移 动 的 困  增
难, 导致 韧 性 有 所 下 降 。所 以在 30 o 0  C~50 o 0  C范 

内寻求 一个最 佳 温 度 , 为 工 业 生 产 的 回火 热 处 理  作
温度 。 由图 1 知 , 3可 由于 强 度 同 硬 度 值 成 正 比关  系 , 以得 出这样 的结 论 : 6 O o 可 在 O C~70 o 0 C回火 区 

围内 回火 时 ,C 1 2 r3的回火 韧性值 略 有下 降 。  
在 50c ~ 4 = 0 = 50 c范围内回火 时 , I I 由于受 到回火脆 
性 的影响 ,C1 2r 3的回火韧性值出现了一个低谷 。  

间 内, 强度随 温 度 的升 高 而 降 低 , 达 到 最 高强 度 , 要  
即 回火 温度应 在 6 0℃ 土1 0 0℃左 右 。然 而 由图 1  4 得到 的结论却 是 : 6O o 7 0 a 回火 区间 内 , 在 O  I 0  I =~ = 韧  性指标  ( c ) 温 度 的升 高 而 提升 , 在 7 0 c  0I 随 = 并 0  I = 附近达 到最 高 值 8   右 。综 合 考 虑 , 达到 最佳  OJ左 要

在 50c ~ 5 = 4 = 70c 范围内回火 时 , I I 伴随着 回火 脆性  的减弱乃至消失 ( 由于回火后采用水 冷 , 避免 了回火脆 

性 )由于合金 碳化物 的不 断长大 、 化 以及 a相 的 回 , 球  
复和再结晶[ 坞 ,   导致了韧性值 的不断提高 。  
2 6 Cl .  r3型不 锈钢 材的 综合机 械 性能 

强、 韧性 配合 , 能仅 考 虑 钢 材 的强 度 , 牺 牲其 韧  不 而
性; 反之 亦不行 。因此建 议在 6 0 c左 右 回火 , 5 I = 在这 


温度 下 , 强度 和 韧性都 不是 最高 值 , 却 达 到了较  但

本 课 题 的 另一 个 重 要 目的是 通过 实验 室 研 究 ,  

好 的强 、 韧性配 合 , 现了最 终 目的 。但 是这 里需要  实

确定 Cl r3型钢 材 的强韧 性最 佳 配合 的热 处 理工 艺 ,  
为逐 步运用 于大 生 产 打 下基 础 , 究 确 保 钢 材 在 规  研

注意 的是 , 在考 虑 强 韧 性配 合 的另 一 个 重 要 因 素是 
钢材 的使用 条 件 。例 如 , 低 温 使 用 要 求 较 高 的 钢  对 材 , 考虑 强 、 在 韧性 的最 佳 搭 配 的 时候 , 多 的考 虑  更 应 在于 钢材 的低 温冲击 韧性 , (   下转 第 2 ) 4页  

定交货 状态 下 的使用 性能 。   由于我 公 司 向发 电厂供 货 较 多 , 多数 发 电厂  大

?

2 ? 4  

特 钢 技 术 
参 考 文 献 

第 1 第 3期  3卷

升到 110℃ , 3 b钢抗拉 强度提 高 1 .% , 服   8 0 4 N 94 屈

强度 提 高 2 .%, 性 稍 有下 降 , 47 塑 冲击 吸收 功 下 降 
了 17J  4  。

[ ] 李 惠琳 赵 中平 .国产 AS43叶片钢的性 能与应用[]机械工  1  I1 0 J.
程 材料 .99 () 2 18 .6 : 8—3 . 2 

42 奥 氏体 晶粒 长 大 , 于 固溶 温 度 升高 , 金 碳  . 由 合 化物 回溶更充 分 , 回火过 程 中析出更 多 的沉 淀相 , 在  
因此 随 固溶温 度升高 , 晶粒长 大 , 虽 但强 度提 高。   4 3 固溶温 度较低 时冲击 断 口为韧性 断裂 , 高时  .   较
为脆 性 断裂 。  

[] S Kcna Ftu  i r o m t8M] 上 海 科 学技 术 出 版 社 , 2 . oad . agefl e f e I[ . i au     a  
18 . 9 9 3 1 7—2 9. O  

[] 雍吱龙 . 3  钢铁中的第二相[ . M] 北京: 冶金工业 出版社 ,06 6一 20 .  
l. 8 

[ ] 吴 承 建 陈 国 良 强文 江 . 属 材 料 学 [ . 京 : 4 金 M] 北 冶金 工 业 出 版 
社 . 0 5.4— 1   20 1 5.

( 上接 第 1 ) 7页  

工的悉心 指导 和 亲切 关 怀下 完 成 的 。在 此 , 向导  谨 师周 上祺 博导 、 仕 清教 授 级 高 工致 以最崇 高 的 敬  罗 意和深深 的感激 !  
参 考 文 献 
[ ] L 柯 洛 姆 比 等 . 锈 钢 与 热 强 钢 . 京 : 国工 业 出版 社 ,94 1 _ 不 北 中 16  [ ] 陈德 和 缡 著 . 锈 钢 的 性 能 和 组 织 . 京 : 械 工 业 出版 社 , 2 不 北 机  
l   . 9一 l  P l

即可 以适 当地 提高 回火温度 到 6 0℃甚 至更高 。 6   3 结  论  本文 通 过实 验 室试 验研 究 , 且 结合 大 生产 具  并

体情况 分析 探 讨 了碳 和热 处 理 制度 对 Cl r3型不 锈 
钢材组 织和 性能 的影响 , 后得 出 以下 结论 : 最  
① 1 r3 2 r3和 3 r3三种不 锈钢 , 相 同的  C l 、C1 C1 在

[ ] M. . 列 克 森科 . 热 蛄 柏 钢 及 耐 热 不锈 钢 的 组 织和 性 能 . 3    阿 耐 北 
京 : 国 工业 出版 社 ,93 中 l6 

条件下淬 回火后 , 其金 相组 织基本 相 同 , 40 ℃ ~ 在 0  

[] 周昌江.C1 4 2 r3不锈钢调质工 艺参数 优选 . 机械 工人 ( 热加工)  .
1 9 . P 0—3   9 9 3. 3 l

50℃回火 时为屈 氏体组织 ,5 5 70℃回火 为珠 光 体组  织 。随着 碳含量 的增加 , 渗碳 体相也 相应增 加 。  
② 随着碳 含量 的增加 , r3 不锈 钢 的 回火硬  Cl 型 度 相应增加 , 而回火韧性 则 相应 下降 。   ③ Cl r3型不 锈钢淬 火后 回火 , 随着 回火 温度 的  增加 , 硬度 相应增 加 , 并在 5 0℃ ~5 0℃达 到极 大  0 1 值 。当 回火 温度进 一步升 高时 , 硬度逐 渐 降低 。   ④ Cl r3型不 锈钢在 同等淬 火 条件 下 , 3 0℃ 在 0  


[】 崔约 贤 , 王 爵等 .C1 5  王 2 r3周杆 在 不 同 热 处理 工 艺 下 的纽 织 与 性 
能研 究 . 钢铁 .9 4 2 P 2.6  19 . . 6 5

[ ] 陕 西机 械 学 院 . 的 强韧 化 处 理 . 属 热 处理 .98 3 6  钢 金 17 .  [ ] 何 肇 基 . 属 的力 学性 质 . 京 : 7 金 北 冶金 工 业 出版 社 . 8 .4  1 9P6 9 [ ] 米德 林 . 属 力 学性 能 . 京 : 械 工 业 出版 社 ,90 P2 8  金 北 机 19 .9   [ ] 马二 呜 等 . 9  临界 区热 处 理 对 抑 制 2 r3钢 回 火 脆 性 的 初 步 研  C1
究 . 属 热 处理 .9 4 1 . 2 —3   金 1 8 . 1P 5 0

[O 姜 传 海 .C1 锈 钢 回 火 脆 性 的 断 口 学 研 究 . 轮 机 技 术 . 1] 2 r3不 汽  
1 91 2. 6 9 . P 0—6   3

50℃这个 区间内 回火韧性 随 着 回火 温 度 的升 高  0

[ 1 胡德 林 . 1]   金属 学及 热 处 理 . 安 : 北 工 业 大 学 出版 社 ,95  西 西 19 .
F8 2 6—2 7 8  

略有降低 ; 5 0℃ ~50 ℃区 间 内 由 于 回火 脆 性  在 0 4
的影响 , 回火韧 性 出现最低 值 ; 在 50℃ ~70℃  而 4 5

[2 M. oe :aa ntM tl,pc Sp . 16 v19 pX I — 1] C hnJpnls. e sSe .up ,98,o. ,p Xl   a l
XXI X;D. aih a d M . o e K ls  n   C h n:Mae .S t n . 1 7   o . P   tr e  g t 9 0tv 1 6t P. E 1 6—6   5 6.

区间 内由于 回火 脆 性 的消 失 , 回火 韧性 又 随 温 度 的  升高有所上 升 。  

⑤ 根据 不 同使用 条件 , 在考 虑钢 材所 需 的最佳  强、 韧性 配合要求 时 , 了避免 在 50℃ ~50 ℃区  除 0 4 间内 回火外 , 还必 须 注 意不 能 单 独 为 了强 度 或 者韧  性指标 选取 回火 区间 。如对低 温使用 要求 较高 的钢  材 , 考虑 强韧性 的最佳 搭配 时 , 多的考 虑应在 于  在 更
钢材 的低 温 冲击 韧性 , 即可 以适 当地 提 高 回火温 度  到 60℃甚至更 高 。 6  

[3 J D.a dMe l M t .1 1 v15 P . 一l;r t l16   1 ] . Br : ts a r .9 , o. ,P 1 8I nS e,93, l a  e 7 o e
v 】 3 P. 8   0 . 6. 1 6.

[4 G. Sec :r sT S—AM 16 ,O .4 ,P25 —6 . 1] R.pi Ta .M h n IE,99 V L 25 P .53 4  [5 1 ] W . . w n E. Wio ,adT. e : ihSeg   a rl, S O e , A. l n n  B l H_  t nt M t is  s l g r h ea
Jh   ly,p.6 on Wi e P 1 7—2 5.Ne   r ,9 5. 0 w Y0k 16  

[6 G. K jm vR vMe. m.o. 16 ,o. ,P 9 1] V. ̄du o : e. tMe Sc .97v16 P .9一lO  4 】. [7 G. K jm v Fz . t . tl e . 16 ,o.4 P .0   1] V.  ̄du o :i.Me 1Me lvd ,97 v12 ,P 99一 a ao
l. 7 

[8 B. . of e J I nSel ht,9 3 O.7 .P 29 9 1】 C Wod n: .  t ls.15 .VI13 P .2 ~3 . i o r e  
[9 姚 忠凯 等 . 的 组 织转 变 . 械 工 业 出版 社 .90.27—29 1】 钢 机 18 I 4 ) 4 

致谢 
本 论文 是 在导 师 周上 祺博 导、 仕 清 教授 级 高  罗

[0 钟 士 红 . 的 回 火 工 艺 和 回 火 方 程 .机 械 工 业 出版 社 ,90  2] 钢 18 .
P5 — 7 2 7 


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