高碳马氏体不锈钢具有较高的硬度、强度和良好的耐磨、耐腐蚀性,主要用于刀剪制品、阀门和结构件等。8Cr13MoV钢是新近研发的高碳马氏体不锈钢,与7Cr17和9Cr18相比铬含量有所降低,加入了Mo、V提高其抗回火稳定性,一般用于高端刀剪的生产。锻态和热轧态的8Cr13MoV钢在室温状态下即具有马氏体组织,硬度大并且韧性较差,所以在后续加工前需要进行球化退火。本工作以8Cr13MoV钢为研究对象,探索球化退火整个过程中碳化物的行为演变,为该钢种的球化退火工艺进一步提供详实参考和技术支持。
试验材料采用8Cr13MoV钢锻件,规格为Φ30mm×1000mm棒材。然后加工成Φ30mm×30mm的圆柱形退火试样备用。试验钢的成分为(质量分数,%):C0.775,Cr14.68,Mo0.213,Mn0.458,Si0.333,V0.182,Ni0.157,P0.031,S0.004,Fe余量,Ac1点温度约840℃。
退火试验采用箱式电阻炉。试样放入炉内随炉升温,在800℃保温30min,然后继续升温到860℃保温90min,再冷却到750℃保温90min,最后以25℃/h缓冷到600℃出炉空冷。共计14个试样,1个作为空白试样,其他放入炉内进行球化处理,间隔一段时间取出一个试样立即水淬处理,具体取样时间见表1。
表1 球化退火工艺参数
工艺 |
样号 |
取样时间/min |
取样阶段 |
取样温度/℃ |
升温过程 |
1 |
0 |
未加热 |
0 |
2 |
30 |
加热 |
330 |
|
3 |
50 |
加热 |
520 |
|
4 |
80 |
800℃保温开始 |
800 |
|
等温过程 |
5 |
110 |
800℃保温30min |
800 |
6 |
165 |
800℃保温45min |
860 |
|
7 |
210 |
800℃保温90min |
860 |
|
8 |
240 |
750℃保温开始 |
750 |
|
9 |
285 |
750℃保温45min |
750 |
|
10 |
330 |
750℃保温90min |
750 |
|
降温过程 |
11 |
450 |
降温120min |
701 |
12 |
510 |
降温180min |
676 |
|
13 |
570 |
降温240min |
651 |
|
14 |
690 |
降温360min |
600 |
球化退火后,试样加工成12mm×12mm×5mm的金相试样,用BUKEI MLA250扫描电子显微镜观察显微组织,用Image图像处理软件对碳化物进行统计。选取部分试样采用碳复型方法萃取碳化物析出相,利用透射电子显微镜电子衍射分析方法对碳化物类型进行标定。结果表明:
(1)锻态组织中存在着M3C、M23C6和M7C3类型的碳化物。球化退火过程中,M3C很快转变为M23C6,M7C3则一直未发生类型转变。升温阶段,组织中马氏体直接分解析出M23C6,没有M3C→M23C6的转变过程。
(2)整个退火过程中,析出碳化物均为M23C6型。缓冷阶段降温180min后组织中碳化物已基本不发生变化,可进一步提高冷却速率。
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