【摘 要】
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与传统的不锈钢相比,马氏体时效不锈钢具有更高的强度,良好的焊接性能及耐蚀性能,因此在航空航天、石油化工、机械制造等领域获得广泛的应用。然而,马氏体时效不锈钢在追求超高强度的同时,面临韧塑形降低这一难题,通过在马氏体基体中引入一定量的微米/纳米级残余奥氏体或逆转变奥氏体,是打破高强度马氏体时效不锈钢强度-塑性/韧性不能兼顾这一瓶颈的有效方法之一。本文利用Cu元素加速时效过程中逆变奥氏体形成的这一原理
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与传统的不锈钢相比,马氏体时效不锈钢具有更高的强度,良好的焊接性能及耐蚀性能,因此在航空航天、石油化工、机械制造等领域获得广泛的应用。然而,马氏体时效不锈钢在追求超高强度的同时,面临韧塑形降低这一难题,通过在马氏体基体中引入一定量的微米/纳米级残余奥氏体或逆转变奥氏体,是打破高强度马氏体时效不锈钢强度-塑性/韧性不能兼顾这一瓶颈的有效方法之一。本文利用Cu元素加速时效过程中逆变奥氏体形成的这一原理,设计了一种Fe-7.5Ni-3.5Mo-8Co-12.5Cr-1Cu新型马氏体时效不锈钢,通过热处理工艺优化,确定了其最佳的热处理工艺为1050℃固溶处理/1 h+液氮深冷处理8h+480℃时效处理60 h。力学性能测试表明:含Cu马氏体时效不锈钢经固溶+深冷处理后的抗拉强度为880 MPa,冲击功为263 J,断裂韧性为50 MPa·m1/2。随时效时间达到峰时效时间60 h,抗拉强度达到1502 MPa,冲击功降为55 J,断裂韧性为85 MPa·m1/2。延长时效时间至90 h,抗拉强度稳定在1495 MPa,冲击功回升至81 J,断裂韧性升高为102 MPa·m1/2。采用XRD、EBSD、TEM和APT等手段系统研究了马氏体时效不锈钢在时效过程中微观结构演变。结果表明,时效过程中在基体中依次析出富Cu相和富Mo相,部分富Mo相依附于富Cu相形核长大,降低了富Mo相形核能量,提高其数量密度。此外,在时效过程中逆转变奥氏体含量逐渐增加,主要以条状形式分布在马氏体板条界面处,且逆转变奥氏体中的Cu、Ni含量逐渐升高,奥氏体机械稳定性增强,韧化作用提高。最后根据含Cu马氏体时效不锈钢时效过程中富Cu相、富Mo相及逆变奥氏体的演变,讨论了钢中第二相对力学性能的影响规律。
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