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熱處理及Mo、Nb含量對00Cr22Mo2Nb鐵素體不銹鋼組織和性能的影響

發(fā)布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新時間：2016-01-26
研究了Nb含量對00Cr22Mo2Nb鐵素體不銹鋼軋制態(tài)樣品退火處理后再結晶晶粒尺寸的影響。同時通過時效處理和固溶處理工藝的設計研究了Mo含量對00Cr22Mo2Nb鐵素體不銹鋼基體內(nèi)金屬間化合物的析出和固溶的影響規(guī)律。
與傳統(tǒng)戶外建筑用材相比，不銹鋼材料具有壽命長、輕質(zhì)、耐蝕性強、維護成本低和外表美觀等優(yōu)點，已經(jīng)在國內(nèi)外許多大型現(xiàn)代化建筑中得到了廣泛的應用。在種類眾多的建筑用不銹鋼覆面材料中，資源節(jié)約型的Cr-Mo鐵素體不銹鋼比傳統(tǒng)的Cr-Ni奧氏體不銹鋼具有更低的成本。同時通過Cr元素含量的提高以及一定量的Mo合金化，使其具有優(yōu)于奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能。
本工作研究了Nb含量對00Cr22Mo2Nb鐵素體不銹鋼軋制態(tài)樣品退火處理后再結晶晶粒尺寸的影響。同時通過時效處理和固溶處理工藝的設計研究了Mo含量對00Cr22Mo2Nb鐵素體不銹鋼基體內(nèi)金屬間化合物的析出和固溶的影響規(guī)律。另一方面，針對室溫沖擊性能、硬度、韌脆性轉(zhuǎn)變溫度等關鍵力學性能進行研究，主要目的是探索成分、組織對此類戶外建筑用鐵素體不銹鋼覆面板材使用性能的影響。
精選了冶煉原材料以嚴格控制鋼中的C、N間隙元素總含量。通過真空感應熔煉的方法制備了不同Mo、Nb元素含量的試驗鋼共4爐。試驗鋼鑄錠經(jīng)過鍛造開坯和熱軋工序（表1）加工成厚度為5.5mm的板材以備后續(xù)力學性能和微觀形貌分析所用。
表1??試驗鋼鍛造開坯和熱軋過程主要的工藝參數(shù)
工藝名稱
加熱溫度/℃
加熱時間/min
形變開始溫度/℃
形變終止溫度/℃
鍛造
1080～1120
120
1050
900
熱軋
1050
30
1020
700
?
使用Olympus?GX-51光學顯微鏡、Hitachi?S-4300冷場發(fā)射掃描電鏡（二次電子像模式和背散射電子像模式）及Genesis?6.0能譜系統(tǒng)觀察和分析了試驗鋼的微觀形貌和化學成分（表2）。通過HB3000-C硬度儀測試了試驗鋼樣品的宏觀硬度，在JBN300-B型沖擊試驗機上通過夏比V缺口檢驗方法測試了試驗鋼的室溫沖擊性能（表2）。
表2??不同Nb含量的試驗鋼成分（質(zhì)量分數(shù)，%）及退火制度和退火后的晶粒尺寸
試驗鋼號
Cr
Mo
C
N
Nb
退火
工藝一
平均晶粒尺寸/μm
退火
工藝二
平均晶粒尺寸/μm
1
22.08
1.87
0.0085
0.012
-
950℃×5min，WQ
120
950℃×5min，WQ
450
2
21.97
1.92
0.0075
0.016
0.052
60
150
3
22.21
1.89
0.0061
0.018
0.112
50
80
?
結果表明：
（1）在試驗鋼中加入約0.112wt%的Nb可以有效抑制長時間退火處理后再結晶晶粒長大。
（2）1000℃固溶處理5min可以完全去除Mo含量低于2.0wt%的試驗鋼樣品中的Fe-Cr（σ相）和Fe-Cr-Mo（χ相）金屬間化合物析出相。
（3）700℃是鐵素體基體中的σ相最為敏感的析出溫度，而800℃是χ相最為敏感的析出溫度，在該溫度區(qū)間停留1h后產(chǎn)生的Fe-Cr（σ相）和Fe-Cr-Mo（χ相）金屬間化合物相體積分數(shù)可達15%以上。
（4）不充分的固溶處理后殘留的金屬間化合物相顆粒會嚴重惡化試驗鋼的室溫沖擊性能。
（5）過高的熱處理溫度導致試驗鋼熱軋退火板再結晶晶粒尺寸增大，進一步導致板材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度由-75℃上升至-25℃，使材料在低溫應用中脆性開裂的潛在風險提高。

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