热处理对超高铬高碳钢组织及性能影响研究

摘要

双相不锈钢由于具有优异的机械性能和耐蚀性能已被用于化学工业、发电站、海洋和环境工程等许多领域，但对于腐蚀和磨损并存的介质环境，传统的双相不锈钢难以满足使用要求。有专家学者在双相不锈钢的基础之上开发了一种性能优异的超高铬高碳钢。本课题在对超高铬高碳钢铸态组织进行辨识表征的基础之上，针对超高铬高碳钢的热处理参数进行实验研究，考察各种热处理参数下超高铬高碳钢的组织性能变化，探索超高铬高碳钢在各种热处理参数下的组织性能演变规律，期望获得各相比例适宜、形态分布合理、耐磨与耐蚀综合性能优异的合金组织，为该钢制定合理的热处理工艺提供可靠的实验基础，具体研究结果如下： （1）超高铬高碳钢在凝固开始时，首先析出δ铁素体，随着凝固的进行发生共晶反应，生成少量（δ+M23C6）共晶组织。随着温度的降低，液相与δ铁素体发生包晶反应生成包晶奥氏体。最后，剩余液相发生共晶反应生成大量网状结构的（γ+M23C6）共晶组织，直至凝固结束。铸态组织为：δ铁素体、（δ+M23C6）共晶组织、（γ+M23C6）共晶组织和包晶奥氏体。 （2）固溶温度会对超高铬高碳钢的组织产生很大的影响。与铸态组织相比，经过固溶处理之后，包晶奥氏体明显变多且在其附近析出了颗粒状碳化物。随着固溶温度的升高，由铁素体转变奥氏体的量也越多，析出的碳化物颗粒也越大。（γ+M23C6）共晶组织在1060℃时能够保持致密的网状结构，当固溶温度升高到1160℃时，（γ+M23C6）共晶组织逐渐发生溶解，由网状变为断网状，当固溶温度进一步升高到1210℃时，共晶组织中的碳化物发生了团聚长大。性能测试表明：随着固溶温度的升高，洛氏硬度逐渐降低，在1210℃固溶时，硬度最低，但是耐磨性最好，固溶温度对其耐蚀性能影响不大，在1160℃固溶时，耐蚀性能略优。 （3）当在1060℃保温2h，分别缓冷到980℃、960℃、940℃、900℃出炉空冷时，出炉温度对其组织的影响不大。随着出炉温度的降低，包晶奥氏体越来越多，在980℃出炉时，在包晶奥氏体附近开始析出颗粒状碳化物，且以尖端状往δ铁素体的中心方向生长，且出炉温度越低，包晶奥氏体附近析出的颗粒状碳化物则越多。尽管缓冷到900℃出炉，依然可以避免σ、π、Cr2N相等有害相的析出。性能测试表明：在960℃出炉时，超高铬高碳钢具有最低的硬度，但是也具有最好的耐磨性，不同出炉温度对耐蚀性影响较小。 （4）当在1060℃保温2h后，分别采用水冷、油冷和空冷进行冷却时，冷却方式对超高铬高碳钢的组织变化不大，并没有新的相产生。因为在固溶保温之后没有缓冷的阶段，所以在包晶奥氏体附近并没有颗粒状碳化物析出。性能测试表明：采用不同冷却方式冷却时对硬度影响不大，都在46HRC左右。采用空冷的磨痕的表面完整性明显优于采用水冷和油冷的，耐磨性能更好。尽管采用水冷和油冷的耐蚀性略优于空冷的，但总体上差别不大。从经济性方面考虑，应采用空冷进行冷却。

目录

声明

1 绪论

1.1 双相不锈钢发展历史

1.2 双相不锈钢中的合金元素

1.3 双相不锈钢的析出行为

1.4 双相不锈钢的研究现状

1.5 研究目的及内容

2 实验材料及实验方法

2.1 实验材料

2.2 热处理工艺

2.3 材料微观组织表征

2.3.1 金相组织观察

2.3.2 X射线衍射分析

2.3.3 EPMA形貌观察和微区成分分析

2.4 材料性能测试

2.4.1 洛氏硬度测试

2.4.2 耐磨性能测试

2.4.3 耐蚀性能测试

3 固溶温度对超高铬高碳钢组织及性能的影响

3.1 超高铬高碳钢的凝固过程分析及物相鉴定

3.1.1 超高铬高碳钢的凝固过程分析

3.1.2 铸态组织的物相鉴定

3.2 固溶温度对超高铬高碳钢组织的影响

3.2.1 XRD物相分析

3.2.2 金相组织观察

3.2.3 EPMA形貌观察和微区成分分析

3.3 固溶温度对超高铬高碳钢性能的影响

3.3.1 固溶温度对硬度的影响

3.3.2 固溶温度对耐磨性能的影响

3.3.3 固溶温度对耐蚀性能的影响

3.4 本章小结

4 出炉温度对高铬高碳钢组织及性能的影响

4.1 出炉温度对超高铬高碳钢组织的影响

4.1.1 XRD物相分析

4.1.2 金相组织观察

4.1.3 EPMA形貌观察和微区成分分析

4.2 出炉温度对高铬高碳钢性能的影响

4.2.1 出炉温度对硬度的影响

4.2.2 出炉温度对耐磨性能的影响

4.2.3 出炉温度对耐蚀性能的影响

4.3 本章小结

5 冷却方式对高铬高碳钢组织及性能的影响

5.1 冷却方式对高铬高碳钢组织的影响

5.1.1 XRD物相分析

5.1.2 金相组织观察

5.1.3 EPMA形貌观察和微区成分分析

5.2 冷却方式对高铬高碳钢性能的影响

5.2.1 冷却方式对硬度的影响

5.2.2 冷却方式对耐磨性能的影响

5.2.3 冷却方式对耐蚀性能的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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