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马氏体时效不锈钢是在马氏体时效钢的基础上发展起来的新钢类,它具有马氏体时效钢的全部优点,并兼有一定的耐腐蚀性能,其强度一般在1300~1500MPa之间。马氏体时效不锈钢已成为高强度不锈钢向超高强度发展的一个具有方向性的钢种,在航空、航天等国防尖端领域以及石油、化工、机械制造等民用领域存在着广泛而迫切的应用需求。本文以研究开发高强、高韧马氏体时效不锈钢为目的,提出了一种名义成分为00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢。通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线衍射分析(XRD)、万能材料试验机、洛氏硬度计等实验手段和力学性能分析方法,深入研究固溶处理和时效处理对马氏体时效不锈钢组织结构与力学性能的影响;采用热力学计算软件Thermo-Calc模拟固溶和时效过程中的析出相变化;研究开发细化晶粒工艺。力学性能结果表明:00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢的最佳热处理工艺为1050℃固溶1h,450℃时效9h,在此工艺下马氏体时效不锈钢可达到良好的强韧性配合:抗拉强度和屈服强度分别为1670 MPa和1510MPa;延伸率和断面收缩率分别达到12.1%和55.6%;冲击韧性αk值为100J/cm2。显微组织观察结果表明:固溶温度对马氏体时效不锈钢固溶态组织影响比较微弱,马氏体板条形貌与间距不随固溶温度的升高而变化。时效处理后,马氏体时效不锈钢的微观组织为纤细的板条马氏体+少量的残余奥氏体。逆转变奥氏体沿板条马氏体束之间周围呈薄片状分布,这对改善材料的韧性十分有利。透射电镜观察和选区电子衍射分析发现,马氏体时效不锈钢的时效析出相为六方晶体结构的η-Ni3Ti,这和热力学计算结果一致。Ni3Ti析出相为条状,条的长度方向与马氏体基体的[ 111 ]M方向一致。运用循环相变细化晶粒原理,采用变温式循环相变再结晶细化晶粒新工艺,细化了00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢的晶粒,最终得到的晶粒平均尺寸约为7μm左右,使其强度和塑性有了不同程度的提高,抗拉强度和屈服强度分别为1850 MPa和1659MPa,延伸率和断面收缩率分别达到12.2%和61.1%。