表 1 热处理工艺 Table 1
工艺 / 试样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 040 1 040 1 040 1 040 1 040 1 040 1 040 1 040 1 040 1 040
, 配以适当的热处理, 使之具
有良好的强度、 韧性、 耐磨性以及抗 CO 2 和 抗少量
Heat treatment process
淬火工艺 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 1 h+ 空冷 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 1 h+ 水冷 520 550 580 600 620 520 550 580 600 620 回火工艺 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷 3 h + 空冷
T GOG13Cr 1 是在 AP I 13Cr 基础上开发的一 种新型油气管线用超级马氏体不锈钢, 其设计时舍 弃了高碳马氏体与形成碳化物的强化手段, 而以具 有高韧性的马氏体和以 Ni、 M o 等合金元素补充强 化作为主要强化手段 H 2 S 腐蚀性能。 由于国内对该钢研究较少 , 给工业化生产带来 一定困难。为了增加对它的了解和认识, 太钢采用 130 kg 真空感应炉 对该钢进行了试制。本文 重点 介绍不同热处理制度下 T GOG13Cr 1 组织转变和 力学性能的变化情况 , 为批量试制奠定了基础。
图2 实验温度对钢膨胀量的影响
Fig. 2 Effect of temperature on expansion of the test steel
程中, 随着温度的降低 , 体积开始收缩。由于实验室 在该过程的冷却不是强制冷却, 此冷却过程中体积 随温度变化的斜率与加热过程中该段温度的斜率出 现不符。这样可以推断 , 合金在冷却过程中发生了 相转变 , 且在 281 开始出现奥氏体向马氏体的转 变 , 至 157 转变结束。 为了验证该钢的组织转变过程 , 用加热法和冷 却法进行了 500 的热拉伸对比试验。试验结果表 明 , 采 用 加 热 法 时 , 材 料 的 抗拉 强 度 为 1013. 94 M Pa, 断面收缩率为 51% , 采用冷却法时, 材料的抗 拉强度为 334. 9 M Pa, 断面收缩率为 78. 384% 。对 拉伸后的断口形貌进行 SEM 分析 , 结果如图 3 所 示 , 可见采用加热法和冷却法, 断口形貌均属韧性断 裂。冷却法的断口韧窝深、 尺寸大, 而加热法的断口 韧窝浅, 尺寸小。这说明材料采用冷却法时较加热 法具有更好的塑性。考虑到马氏体和奥氏体相比, 马氏体具有更高的变形抗力 , 塑性也偏低 , 因此也说 明材料用加热法进行形变的组织应为马氏体 , 用冷 却法进行形变的组织应为奥氏体。 根据以上分析 , 确定材料在升温过程中, 在 720 开始发生马氏体向奥氏体的转变 , 至 860 转变 结束。用加热法进行形变的组织为马氏体 , 变形抗 力高, 塑性偏低。在冷却过程中 , 材料在 281 发生 奥氏体向马氏体的转变, 至 157 转变结束, 用冷却 法进行形变时材料的变形抗力小 , 塑性也好, 材料的 组织应是奥氏体。 综上所述, T GOG13Cr 1 在室温下的显微组织 为低碳 回火马 氏体 , 其 A c1 为 720 、 M s 为 281 、 M f 为 157 。 、 A c3 为 860
图 1 试验钢的组织 Fig. 1 Structure of test steel
2. 2 热处理工艺对组织和性能的影响 图 4 给出了在不同淬火条件、 不同回火温度下,
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钢
铁
第 42 卷
( a) 加热法 ;
( b ) 冷却法
图3 Fig. 3
断口形貌
Morphology of fracture of test steel
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25 mm
300 m m 的圆棒。热处理( 表 1) 后将圆棒
机加工成 10 m m 120 mm 的 M 15 热模拟拉伸试 样、 20 m m 20 mm 金相试样和标准力学拉伸试样, 进行相应试验。 1. 2 试验方法 采用金相和 SEM 观察不同热处理制度下的组 织及其变化 , 进行断口形貌分析 , 试样腐蚀液为 10 g F eCl3 + 30 mL H CL + 120 mL H 2 O。
第 42 卷
第 8期
钢
铁
Vo l. 42, N o. 8 Aug ust 2007
2 0 0 7 年 8 月
Iron and St eel
TGOG13Cr 1 超级马氏体不锈钢的组织和性能
方旭东,
摘
张寿禄 ,
杨常春,
夏
焱,
赵建伟
( 太原钢 要 : 采用 SEM 、 金相、 G leeble 3800 观察和分析了 T GO G13Cr 1 超级马氏体不锈钢在不同热 处理制度下的组织 、 A c 3 为 860 、 M s 为 281 、 M f 为 157 ; 在相同的淬火温度和回火 工艺下 , 采用水淬 较空冷更 容易实现对 力
by water quenching t han by air quenching; the higher t he tempering temper ature, t he low er the strength and har d ness, and the bett er the plasticity and toug hness are. Key words: Super low car bo n Cr N i martensite stainless steel; quenching + tempering ; str eng th; plasticity
Structure and Properties of TGOG13Cr 1 Super Martensitic Stainless Steel
FANG Xu do ng , ZH AN G Sho u lu, YANG Chang chun, XIA Yan, ZH AO Jian w ei
( T echnolo gy Center , T aiyuan I ron and Steel ( Gr oup) Co. , L td. , T aiyuan 030003, Shanx i, China) Abstract: By using SEM , optical micr oscope and Gleeble 3800, the m icrostr uctur e and mechanical pro per ties o f T GO G13Cr 1 super ma rtensitic sta inless steel w ere studied. T he result show ed, that the micro st ructur e o f T GO G13Cr 1 at ro om temperature is low carbon tem per ing martensite, wit h A c1 720 M f 157 , A c 3 860 , M s 281 and ; F or same quenching temperature and tempering pro cess, the mechanical pro per ties ar e easier to co ntr ol
图4
回火温度对强度 ( a) 、 伸长 率( b) 的影响
Fig. 4 Effect of tempering temperature on mechanical properties of test steel
T GOG13Cr 1 的力学性能。可以看出, 在相同的淬 火温度和回火工艺下 , 水淬与空冷相比, 抗拉强度、 屈服强度以及伸长率的波动范围更窄, 且水淬对力 学性能的影响更加明显、 更呈线性变化 , 因此在工业 化生产中采用水淬的淬火冷却过程 , 更容易实现对 钢的力学性能进行有效控制; 此外还可以看出 , 当采 用水淬时 , 在相同的淬火温度下, 随着回火温度的升 高, 屈服强度、 抗拉强度降低, 伸长率升高。 如前所述, 在将该材料加热到 1 040 过程中 , 将发生马氏体向奥氏体的转变 , 保温能使之充分奥 氏体化和成分均匀 化。随后在 冷却到室温的 过程 中, 发生了奥氏体向马氏体的转变。在该过程中, 马 氏体的转变是不能进行到底的 , 即不可能在室温获 得 100% 的马氏体组织, 淬火后组织中或多 或少要 保留一部分残留奥氏体。而淬火后残留奥氏体的数 量不仅决定于冷却前奥氏体的化学成分, 同时也与 冷却速度有关。增加冷却速度 , 则减少钢中残留奥 氏体的数量, 例如在大于临界冷却速度时, 水冷比油 冷的残留奥氏体量有所减少。而就冷却速度而言 , 水冷 > 油冷> 空冷 , 因此水冷后组织中残留奥氏体 比空冷要少, 而马氏体较多。如图 5 所示, 在相同的
作者简介 : 方旭东 ( 1975 ) , 男 , 大学本科 , 工程师 ;
E mail: fangxd@ t is co. com. cn;
修订日期 : 2007 02 28
第8期
方旭东等 : T G OG13Cr 1 超级马氏 体不锈钢的组织和性能
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在 Gleeble 3800 热模拟机上 , 用体积膨胀法测 量相转变点, 采用加热法和冷却法进行 500 的热 拉伸对比试验。 按照 GB228、 GB230 要求测试材料的屈服强度 R eL 、 抗拉强度 R m 、 伸长率 A 。
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试验材料及方法