袁 紅，沈 強(qiáng)

（大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院有限公司，遼寧 大連 116016）

隨著工業(yè)的發(fā)展，相關(guān)行業(yè)對(duì)于材料的需求越來(lái)越高，需求擁有著良好的材料性能也需求材料擁有更低的成本價(jià)格[1]。為此對(duì)于不銹鋼的復(fù)合板材料應(yīng)運(yùn)而生。金屬?gòu)?fù)合材料技術(shù)可以發(fā)揮組元材料各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各組元材料資源的配置，節(jié)約貴重金屬材料，實(shí)現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求，以壓力容器用不銹鋼-鋼復(fù)合板為例，基層用一般的碳鋼(Q245R，Q345R等)有很好的機(jī)械性能，復(fù)層用不銹鋼(304，316L等)有很好的耐腐蝕性能，而制作方法常使用爆炸焊接或者冷軋工藝Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼復(fù)合板應(yīng)用范圍廣泛，傳統(tǒng)的制造工藝習(xí)慣用冷軋來(lái)對(duì)于此不銹鋼復(fù)合板進(jìn)行生產(chǎn)，但是傳統(tǒng)的冷軋工藝較為繁瑣，而且成本較高，早期便有對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼復(fù)合板的熱處理研究，但是研究結(jié)果并不滿意，經(jīng)常出現(xiàn)回火馬氏體以及殘余奧氏體的混合組織結(jié)構(gòu)，影響材料性能。而隨著目前熱處理工藝的逐漸成熟，相關(guān)的新型技術(shù)逐漸開(kāi)發(fā)，對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼復(fù)合板組織的熱處理制造的可行性再次受到關(guān)注[2]。對(duì)于此的研究也開(kāi)始增加。

1 Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼熱處理方案

Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼雖然強(qiáng)度和硬度高，但是缺乏韌性，難以滿足相應(yīng)的要求，為了使改該材料滿足相應(yīng)的要求，因此要對(duì)Q245R/0Cr18Ni9進(jìn)行處理，而采取熱處理的淬火方法可以改善Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，使其具有更好的力學(xué)性能[3]。也可通過(guò)熱處理時(shí)效反應(yīng)來(lái)達(dá)成對(duì)于該不銹鋼復(fù)合材料的制造。

1.1 分析Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的相變反應(yīng)

Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼在不同溫度下的淬火時(shí)，會(huì)發(fā)生不同的相變反應(yīng)，在475oC / 100 h + 500oC / 100h 進(jìn)行加熱保溫處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)在475oC 時(shí)效段中，4h沉淀出準(zhǔn)晶相。程序的化學(xué)反應(yīng)成分式如下。

而在550oC 時(shí)效中，沉淀則呈現(xiàn)三方R-phase相，而此時(shí)Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼所沉淀出的化學(xué)反應(yīng)式則變?yōu)?/p>

而在475oC 與550oC 兩個(gè)溫度時(shí)效之間的時(shí)候，該不銹鋼的沉淀析出呈現(xiàn)L-phase相，而主要成分為。

在對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的相變反應(yīng)可以得出，該不銹鋼在不同溫度下存在著的不同產(chǎn)出物，而對(duì)于不同的工藝要求下，對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的淬火方法應(yīng)當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以讓其得出最佳溫度下使不銹鋼滿足不同的機(jī)械要求。

1.2 熱處理工藝制定

對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的淬火溫度的制定，主要是需要參照該不銹鋼的碳化物的固溶情況來(lái)制定。有資料顯示在1065oC 完成碳化物固溶只需要3分鐘，而在下僅僅需要1.5分鐘。而在1000oC 下，固溶時(shí)間就需要10分鐘左右[4]。單以加工速度來(lái)看，溫度越高加工速度越快，但是加工時(shí)如果溫度過(guò)高，則會(huì)引起晶粒過(guò)分增大而且容易引起氧化鐵皮增厚。這些問(wèn)題出現(xiàn)將會(huì)使材料的抗壓能力下降，影響材料的性能。所以對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的淬火加工溫度的制定應(yīng)該妥善。因?yàn)镼245R/0Cr18Ni9不銹鋼，存在馬氏體結(jié)構(gòu)，淬火后容易出現(xiàn)黑色區(qū)域組織，這是因?yàn)樵搮^(qū)域產(chǎn)生了回火馬氏體+殘余奧氏體的混合組織結(jié)構(gòu)[5]。而出現(xiàn)該組織體的原因有兩個(gè)方面，在材料的冶煉過(guò)程中，材料的預(yù)處理不足，導(dǎo)致存在C、Cr、Ni等偏析元素，這些偏析元素會(huì)沿著枝晶邊界產(chǎn)生富集[6]。想要避免該問(wèn)題的發(fā)生就要在淬火前對(duì)材料組織進(jìn)行均勻化處理，以免因?yàn)槠鲈卦诖慊鹬杏绊懘慊鹦Ч?。而第二個(gè)原因是因?yàn)榇慊鸷罄涮幚碓O(shè)備溫度設(shè)定不到位，Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的Mf點(diǎn)溫度需要-80oC ，而如果才淬火后冷處理設(shè)備溫度高于-70oC 奧氏體組織未能達(dá)成轉(zhuǎn)化，大量的殘奧組織出現(xiàn)，將會(huì)使得材料的性能被影響。為避免以上問(wèn)題的出現(xiàn)，提出淬火工藝方法，工藝方法如下首先在1000oC 下將材料進(jìn)行45分鐘的水淬，在水淬后，對(duì)材料進(jìn)行-73oC 的空冷，時(shí)間為六小時(shí)，令不銹鋼的奧氏體組織得到轉(zhuǎn)化，最后在360oC 下完成空冷，時(shí)間為一小時(shí)，至此完成Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼的淬火工藝。

2 熱處理對(duì)組織性能影響

在熱處理工藝下，覆層不銹鋼的組織形態(tài)幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，而且表面的結(jié)構(gòu)均為單一的等軸的多邊形奧氏體晶粒，而且在晶粒內(nèi)有孿晶，這是因?yàn)樵诩庸ぶ校矊硬讳P鋼在固溶過(guò)程中不發(fā)生相變，所以即使是冷卻后晶粒仍然呈現(xiàn)奧氏體組織結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱處理加工進(jìn)行時(shí)固溶溫度的升高至1050oC ，覆層不銹鋼的奧氏體晶粒會(huì)隨著溫度的升高急劇長(zhǎng)大；也可以發(fā)現(xiàn)如果固溶溫度為900oC950oC 階段，奧氏體晶粒內(nèi)還存在許多軋制條帶，而在這些奧氏體晶粒中晶界處也出現(xiàn)了含鉻的碳化物，不過(guò)相比熱軋態(tài)的覆層部分的軋制條帶也相對(duì)減少，當(dāng)固溶溫度升高至1050oC時(shí)，軋制亮帶基本全部消失，晶界上彌散分布的鉻的碳化物也明顯減少，原因在于高溫將會(huì)鉻的碳化物分解掉并且固溶進(jìn)入了奧氏體晶粒中。也可能在覆層中出現(xiàn)軋制亮帶的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象有可能是由于奧氏體組織在大塑性變形中發(fā)生了形變，同時(shí)觸發(fā)馬氏體相變效應(yīng)的是容易被腐蝕的高密度位錯(cuò)區(qū)，保溫時(shí)間為60min 時(shí)，覆層不銹鋼近界面處在光學(xué)顯微鏡下的金相組織照片。隨著熱處理溫度的升高，近界面處的碳化物析出物越來(lái)越少，當(dāng)溫度達(dá)到1100oC、1150oC時(shí)，析出物全部固溶到奧氏體晶粒內(nèi)，且?jiàn)W氏體晶粒長(zhǎng)大明顯，晶粒中分布著大量的孿晶組織。不同淬火溫度下對(duì)于組織性能影響如圖1所示。

圖1 淬火溫度硬度影響圖

由圖1可以得知，在淬火溫度由900oC升至1000oC時(shí)，材料硬度逐步提升，當(dāng)溫度升至1050oC時(shí)，材料硬度下降。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼在不同溫度下的相變反應(yīng)，并且依據(jù)常見(jiàn)的問(wèn)題優(yōu)化并制定淬火工藝，而后通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼復(fù)合板組織性能在熱處理下的影響，在硬度上本文的時(shí)效處理方法更優(yōu)于傳統(tǒng)的冷軋?zhí)幚矸椒ǎ瑫r(shí)也證明了對(duì)于Q245R/0Cr18Ni9不銹鋼復(fù)合板材料使用熱處理工藝的可行性，希望本研究能對(duì)相關(guān)行業(yè)提供參考。