第３２卷第２期 长春工业大学学报（自然科学版） Ｖ０ｌＩ ３２ Ｎｏ．２ ２０１１年Ｏ４月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃ ｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ＡＤｒ．２０１１ 等温退火工艺对２Ｃｒ１３钢组织 及其性能的影响 李于朋 ＇ 李 宁 ， 郝恩喜 ， 萨仁格日乐 李洪杰 ， 车乾铭 （１．长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室，吉林长春１３００１２； ２．沈阳科金特种材料有限公司，辽宁沈阳 １１０１０１） 摘 要：分别采用等温退火工艺和常规退火工艺对２Ｃｒ１３钢进行热处理，对组织结构进行了 对比研究，对力学性能进行测试。试验结果表明，等温退火处理后的试样金相组织均匀，晶粒 度细小，其抗拉强度和冲击韧性都得到了提高。 关键词：等温退火；组织；晶粒度；性能 中图分类号：ＴＧ１５６．２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—１３７４（２０１１）０２—０１７８—０４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌ ｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ２Ｃｒ ｌ ３ ｓｔｅｅｌ ＬＩ Ｙｕ—ｐｅｎｇ ，ＬＩ Ｎｉｎｇ ，ＨＡＯ Ｅｎ—ｘｉ。， Ｓａｒｅｎ—ｇｅｒｉｌｅ ， ＬＩ Ｈｏｎｇ—ｊ ｉｅ ， ＣＨＥ Ｑｉａｎ—ｍｉｎｇ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｒｕｒａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｋｅｊｉｎ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ ＣＯ．，ＬＴＤ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：２Ｃｒ１ ３ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｄｅａｌｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｗｅ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ｅｖｅｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｉｓ ｆｉｎｅ ａｎｄ ｓｍｏｏｔｈ．Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ；ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ；ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ． ０ 引 言 平衡组织是由铁素体加碳化物组成。在淬火状态 下因为其具有硬度高、耐蚀性良好等特点，应用范 ２Ｃｒ１３钢是一种马氏体不锈钢，在室温下的 围特别广泛 。但此钢在普通退火过程中，以缓 收稿日期：２０１１－０２—２８ 作者简介：李于朋（１９８２一），男，汉族，陕西乾县人，长春工业大学实验师，硕士，主要从事焊接及热喷涂方向研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｙｕｐｅｎｇ ＠ｍａｉｌ．ｃｃｕｔ．ｅｄｕ．ａｎ． 第２期 李于朋，等：等温退火工艺对２Ｃｒ１３钢组织及其性能的影响 １７９ 慢冷却来保证奥氏体在珠光体区上部转变，并依 靠控制冷却速度来控制转变的过冷度，因此工件 内外冷却速度不同，越靠近心部，冷却速度越慢， 转变温度就越高，退火硬度越低，故经常出现工件 内外部组织和性能不均匀，普通退火冷却时间太 长，生产效率低。近年来，等温退火工艺以精确控 制等温温度以及等温时间，准确控制转变的过冷 ２试验结果及其分析 常规退火工艺和等温退火工艺热处理后的金 相照片分别如图１和图２所示。 ｃ Ｐ ｓ 度，实现等温组织转变并大大缩短工艺周期等优 点，使其得到广泛应用 ］。文中采用常规退火处 理和等温退火处理对２Ｃｒ１３钢进行处理，并对两 种退火工艺的金相组织和力学性能进行了测试和 讨论。 ｌ试验材料和方法 试验用钢为２Ｃｒ１３，主要化学成分见表１。 表Ｉ ２Ｃｒ１３钢主要化学成分（质量分数） 化学成分 含量 ｏ．２００ Ｏ．５８Ｏ Ｏ．４１Ｏ ｏ．ｏｉ４ １３．７２０ Ｏ．４８Ｏ ｏ．４００ ｏ．００５ 余量 制取２Ｃｒ１３试样，其中，金相观察试样尺寸为 ２０ ｍｍ×２０ ｍｍ×８ ｍｍ；加工标准拉伸试样，试 样厚度为８ ｍｍ，平行段宽度为２０ ｍｍ；加工标准 Ｕ型缺口冲击试样。将试样分为两组，分别进行 常规退火处理和等温退火处理，并对两种工艺处 理后的试样进行淬火处理。常规退火工艺为 ６８０℃×４ ｈ炉冷至３５０℃后空冷；等温退火工艺 为１ ０００℃×４ ｈ风冷至６６０℃×８ ｈ后空冷；淬 火工艺统一为１ ０００℃×３ ｈ油冷，６５０℃×３ ｈ 水冷。 将以上热处理工艺后的金相观察试样制备金 相试样，采用ＯＬＹＭＰＵＳ ＧＸ５１型光学金相显微 镜对其退火组织和正火组织进行观察，使用 ＷＤＷ２００型电子拉伸试验机对以上淬火后的拉 伸试样进行拉伸性能测试，采用ＪＢＳ一３００型冲击 试验机对淬火后的冲击试样进行冲击试验。 图Ｉ ２Ｃｒ１３常规退火后组织图（×２００） 图２ ２Ｃｒｌ３等温退火后组织图（×２００） 从图１和图２中可以看出，等温退火比普通 退火组织更均匀，更接*衡组织。 ２Ｃｒ１３两种退火工艺处理后经淬火处理后的 金相照片分别如图３和图４所示。 图３ ２Ｃｒ１３普通退火后淬火组织图（×２００） １８Ｏ 长春工业大学学报（自然科学版） 第３２卷 好，晶界是缺陷聚集区，当晶粒过于细小以后，其 缺陷表现出来的机械性能就会大幅度下降。出现 这种晶粒细小的根本原因在于，通过珠光体等温 转变，在珠光体相区形成大量的高浓度碳聚集区， 即难溶解的高熔点碳化物在晶界大量的析出。在 淬火过程中，这些难溶解的高熔点碳化物由于很 难在奥氏体化过程中完全溶解，高熔点碳化物就 形成了奥氏体再结晶的晶核。新生成的奥氏体晶 粒以这些碳化物为质点，优先成核，生成全新的奥 氏体晶粒，分解了原有组织晶粒，进而细化了原有 图４ ２Ｃｒ１３等温退火后淬火组织图（×２００） 奥氏体晶粒，从而最终获得了较细的淬火组织。 表２金相晶粒度结果对照 从图３和图４更是可以直接看出，在组织都 几乎是马氏体的前提下，等温退火后再进行淬火 获得的组织其晶粒度更细小。 热处理后金相的晶粒度级别对照见表２。 众所周知，晶粒度大小在一定范围内，晶粒越 试验项目 ２Ｃｒ１３常规退火工艺 金相晶粒度级别／级 ２Ｃｒ１３等温退火工艺 ２Ｃｒ１３常规退火后淬火工艺 ２Ｃｒ１３等温退火后淬火工艺 细小，晶界面积就越大，晶界面积的增加，使晶界 上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。晶界 是裂纹扩展的阻力，晶界前塞积的位错数减少，有 利于降低应力集中，所以细化晶粒能大大地提高 材料的强度和韧性。反之，并不是晶粒越细小越 将拉伸试样和冲击试样进行热处理后做力学 性能试验，其结果见表３。 表３ ２Ｃｒ１３不同退火制度和相同淬火条件下室温力学性能结果对照表 从表３可以看出，经过等温退火的材料较之 常规退火工艺，在同样淬回火条件下，等温退火工 艺的Ｒ 。较常规退火值提高了１０ ，达到了 高温奥氏体在此停留随时间推移只能转变为较为 稳定的低温奥氏体。这样的奥氏体一旦稳定以 后，其组织较难分解，且对材料本身强韧性没有帮 ６８２．６５８ ＭＰａ，断裂伸长率和断面收缩率分别达 到了２１．３５ 和７１．３２５ ，抗拉强度可达到 助，所以，这类钢种即使采用等温退火也得不到中 间过渡组织，也就很难得到细化的晶粒。实际生 ８５０ ＭＰａ以上，冲击功Ａｋ 值提高了２１．８ ，达 到７５．５ Ｊ。由此可以看出，通过等温退火后， ２Ｃｒ１３钢的强韧性都得到了不同幅度提高，说明 等温退火提高了材料的强韧性，对于材料的预处 理有非常积极的意义。 产中，考虑到大锻件的最后锻造过程中停锻温度 较高，故可以利用锻后余热来直接实现等温退火， 这样大大节省了企业生产成本，并且提供了较为 稳定的母材原始组织。 当然，并不是大多数材料都可以采用等温退 火处理来达到细化晶粒的目的。对于一些耐热钢 ３ 结 语 １）２Ｃｒ１３钢等温退火后能较快获得平衡组 织，淬火能获得较细的淬火组织，对于晶粒细化有 一以及含有大量的合金元素的钢种来说，由于合金 元素众多，在连续冷却过程中，推迟了珠光体等组 织转变，故而Ｃ曲线转变比较靠后。由于其连续 冷却过程中不存在珠光体等中间过渡组织，这样 定作用。 ２）２Ｃｒ１３钢等温退火后经淬火处理，各项力 学性能均优于常规退火工艺，屈服强度和冲击韧 第２期 李于朋，等：等温退火工艺对２Ｃｒｌ３钢组织及其性能的影响 １８１ 性得到不同幅度的提高。 参考文献： ［１］ 姚世卫，段建晋．２Ｃｒ１３钢转动座热处理工艺优化试 验研究ＥＪ］．舰船科学技术，２００８，３０（６）：１２７—１３０． ［２］ 曹三书，孙雪辉．２Ｃｒ１３钢的调质处理［Ｊ］．热处理， ２０１０，２５（１）：６７—６９． ［３］ 赖海呜，王梁．２Ｃｒ１３汽轮机叶片激光合金化的组织 性能ＥＪ］．应用激光，２００９，２９（６）：５０７—５１０． ［４］ 王平怀，王伯健，宋景娜．淬火温度对２Ｃｒ］３不锈钢 组织和性能的影响［Ｊ］．热加工工艺，２００８，３７（４）： ７】一７３． ［５］ 朱向群，戴起勋．回火温度对２Ｃｒ１３不锈钢应力腐 蚀开裂和力学滞后的影响ＥＪ］．材料热处理学报， ２００９，３０（１）：１１—１４． ［６］朱向群，戴起勋．汽车衡用马氏体不锈钢连接件热 处理工艺改进［Ｊ］．机械工程材料，２００８，３２（６）：７４— ７７． ［７］刘云旭，王淮，季长涛，等．高质量、高节能的锻（轧） 余热等温正火新技术［Ｊ］．长春工业大学学报：自然 科学版，２００７，２８（ＳＯ）：４９—５３． Ｅ８］金荣值．２２ＣｒＭｏＨ钢齿轮锻件等温退火工艺改进 ［Ｊ］．金属热处理，２００３，２８（１２）：６１－６３．
