碳化物是刀剪用高碳马氏体不锈钢组织中重要的相组成,它的控制对刀剪材料性能有显著影响。国内刀剪材料在碳化物控制方面与国外相比存在明显差距,而目前国内有关碳化物控制技术的研究还非常少。因此,本文以刀剪用高碳马氏体不锈钢8Cr13MoV为研究对象,针对它在冶炼、轧制和热处理过程中的碳化物控制展开实验研究,以期能够为工业生产提供数据参考和理论支持,形成一套行之有效的碳化物控制方法,达到国外同等材料的质量水平。论文的主要研究内容和结论如下:利用热力学软件Thermo-Calc计算分析了 8Cr13MoV钢凝固过程中各相的析出规律。采用多种金相腐蚀方法和阳极电解方法分析了 8Cr13MoV钢的相组成,得到8Cr13MoV钢铸态组织是由马氏体、残余奥氏体、铁素体、一次碳化物和二次碳化物组成。碳化物以一次碳化物为主,二次碳化物非常少。通过改变8Cr13MoV电渣重熔工艺参数研究发现,低电流强度和高冷却强度均可以降低一次碳化物尺寸和总的体积分数,使其分布更加均匀,但是二者的变化都没有改变碳化物的类型。电流强度的变化没有改变单个一次碳化物的形貌,而高冷却强度可以使一次碳化物形貌发生改变,使其内部的共晶纤维更加致密,并由棒状转变为脑状。在8Cr13MoV钢的冶炼过程中加入不同量的Ti元素。研究发现,Ti与C结合生成TiC,不但可以作为形核核心细化晶粒和一次碳化物M7C3,并且抑制了一次碳化物M7C3的形成,促进M7C3型碳化物向M23C6型碳化物转变,更加有利于碳化物在后续加工过程中溶解。Ti还使铸态组织中马氏体针状组织细化,数量增加,大幅提高了材料的抗拉强度。在退火过程中,Ti可以抑制二次碳化物的析出,适量的Ti可以使碳化物的粒度和总量都降低,提高退火态材料的塑性。通过8Cr13MoV钢的热压缩模拟实验研究发现,变形温度越高动态再结晶发生越早,峰值应力随着变形温度的增加和应变速率的降低而减小,基本呈线性变化。低的变形温度和高的应变速率有助于一次碳化物的破碎。随着变形温度的降低、变形速率的增加和冷却速度的增加,材料的显微组织细化。轧制实验结果与模拟结果表现一致,低的开轧温度和终轧温度都有利于一次碳化物的破碎,组织晶粒更细,增加轧制变形量也可以得到同样的效果。研究还发现,低的开轧温度下,一次碳化物破碎后更容易溶解,所以一次碳化物总量更低。通过对8Cr13MoV钢球化退火工艺的研究发现,奥氏体化期碳化物向基体中溶解,碳化物数量减少同时基体中合金元素浓度升高,由于两者的综合影响导致材料的硬度随奥氏体化时间延长先降低后升高。随着球化期延长碳化物球化长大,碳化物球化尺寸越大,材料的硬度越低。本研究中,奥氏体化保温时间和球化期保温时间分别控制在90min和135min中材料获得最低硬度,这更有利于材料的后续加工。研究还发现,奥氏体化保温时间越长,球化初期的球化速率越快。然而,在球化期的后期这个趋势正好相反。随着冷却速率的增加,碳化物尺寸减小,而薄片状碳化物则增多,这会使材料的硬度升高,冷却速率应控制在25℃/h以内。