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20Cr13型马氏体不锈钢在大气、水蒸气、有机酸中有较好的耐腐蚀性,具有广阔的应用前景。这类马氏体不锈钢传统的热处理工艺为淬火-回火,具有很高的强度和硬度,但往往塑韧性较差。淬火-配分(Q&P)工艺是针对马氏体钢提出的热处理新工艺,可以得到马氏体和富碳氮奥氏体的复相组织,保持高强度的同时,明显提高钢的塑韧性。本文以10Cr13NiSiN和10Cr13NiN两种实验钢为研究对象,从奥氏体化温度、一次淬火温度以及配分温度和配分时间等方面研究Q&P热处理工艺参数对实验钢显微组织和力学性能的影响规律,建立了成分-工艺-组织-性能的对应关系。本文研究结果如下:(1)两种Cr13型低碳马氏体不锈钢1 0Cr1 3NiSiN和10Cr13NiN在经过Q&P热处理之后,最终得到的显微组织均为马氏体+残余奥氏体混合组织,马氏体组织形态均为板条和孪晶两种,奥氏体组织形态均为层片状和块状两种,通过TEM的观察未发现明显的碳氮化物的析出。(2)两种马氏体不锈钢的Q&P热处理必须选择合适的奥氏体化温度、一次淬火温度以及配分温度和配分时间才能获得良好的综合性能。奥氏体化温度影响合金碳氮化物的溶解程度,从而影响钢的Ms点;一次淬火中止温度直接决定了一次马氏体的含量,间接决定了Q&P组织中的残余奥氏体和马氏体体积分数;配分温度和配分时间影响着碳氮原子的扩散程度,直接影响残余奥氏体的稳定性以及最终残余奥氏体的形态和体积分数。(3)对10Cr13NiSiN和10Cr13NiN钢进行Q&P热处理时,残余奥氏体含量最高值分别是18.4%和13.8%,实验中并没达到CCE模型的理想状态的残余奥氏体含量。在相同配分条件下,10Cr13NiSiN钢要比10Cr13NiN钢的残余奥氏体含量高,这可以说明Si元素在抑制碳氮化物析出,提高碳氮原子稳定残余奥氏体的利用率上有一定作用。(4)通过实验证明,获得最佳综合力学性能的一次淬火温度是低于奥氏体极值温度下的20℃~30℃。10Cr13NiSiN钢获得最佳综合力学性能的Q&P热处理工艺为:1000℃奥氏体化,淬火中止温度为135℃,配分温度500℃,保温5 min,获得的力学性能为:Rp0.2=1051 MPa,Rm=1462 MPa,A=23.8%,Akv=64 J,Rm × A=34.8 GPa·%。10Cr13NiN钢获得最佳综合力学性能的Q&P热处理工艺为:1000℃奥氏体化,淬火中止温度为160℃,配分温度450℃,保温40 min,获得的力学性能为:Rp0.2=941 MPa,Rm=1331 Mpa,A=25.8%,Akv=92 J,Rm × A=34.3 GPa·%。(5)10Cr13NiSiN钢在350℃~450℃配分时其热膨胀曲线上并没有出现明显的体积膨胀现象,而在500℃进行配分时热膨胀曲线上出现了明显的体积膨胀现象。10Cr13NiN钢在450℃和500℃进行配分时热膨胀曲线上都出现了明显的体积膨胀。造成体积膨胀的原因可能是因为在较高温度下长时间配分时,残余奥氏体发生了分解产生了铁素体组织,但是分解产物很难辨别。