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2012年增刊I(43)卷
高强度抗疲劳不锈钢成分设计与分析
张十庆12,聂尊誉2,王安·2,邹兴政2,李方,刘庆宾2
(1.重庆材料研究院,重庆400707;2.国家仪表功能材料工程技术研究中心,重庆400707)
摘要;通过对18-8型亚稳定奥氏体不锈钢的NiCr钢经强烈的冷变形后,才能获得很高的强度和弹性。
当量的控制及合金元素的分析,设计化学成分。材料所谓亚稳定是指这些钢中含有奥氏体化元素偏低,经
通过EVR冶炼后,采用ICP发射光谱仪、CCS-140红固溶处理快冷后員可以得到单相的奥氏体组织,但是,
外碳硫分析仪对其化学成分进行分析,获得最佳18-8从热力学角度来看,这种单相的奥氏体在室温附近是
型形变马氏体的成分方案
不稳定的,其M。点高于室温,在室温下变形就会诱发
关键词:亚稳定奥氏体;马氏体相变;塑性;Ni当量马氏体转变。马氏体是强化相,冷变形时,除奥氏体
中图分类号:TG132
文献标识码:A本身发生加工硬化外,还伴有马氏体转变的附加强化
文章编号:1001-9731(2012)增刊正-0190-03
和马氏体本身的加工硬化。因此,强烈的冷变形可以
1引言
使18-8型亚稳定奥氏体形变诱发马氏体[?。亚稳定
的奥氏体不锈钢具有较高的强度。M。点越高,奥氏体
Ni-Cr奥氏体不锈钢极易发生加工硬化,其加稳定性越小,加工硬化效果越显著
工硬化系数约是0.53,为普通碳钢的4~5倍,C、Cr含
量越高,N含量越低,加工硬化效应越强烈。当Ni含2实验
量>11%时,加工硬化效应就不很强烈了。平山俊成
118-8型形变马氏体钢成分设计及制备
等认为,奧氏体不锈钢堆垛层错较低,塑性变形时难于
通过Ni当量计算法,对18-8型形变马氏体钢Ni
发生交滑移,因而加工硬化现象显著。这就是奥氏体当量进行控制。采用EVR治炼,其化学成分及成分实
不锈钢可作为弹簧材料使用的基础2,3。
验设计控制成分列于表
大量的研究资料表明,只有亚稳定的奥氏体不锈
表118-8型形変马氏体钢实验设计控制成分(质量分数,%)
Table 1 18-8 type deformation martensite steel components(wt%)
元素
Ni
配料
设计控制范国
0.12
≤2.00117.0~19.018.00~11.0(5(C0.02)~0.80『余量≤0.0351≤0.030
实际控制范圃0.02~0.060.3~0.511.0~1.517.5~18.58
9.00
0.4~0.8
余量「≤0.01≤0.0
实验方法
稳定性。研究表明,Ni当量≥25.7%的钢种属于奥
取样,对熔炼的18-8型形变马氏体钢采用ICP发氏体稳定化钢种,冷变形不会诱发马氏体转变;而Ni
射光谱仪、CCS140红外碳硫分析仪按GB/T14203-当量≤20.7%的钢种,奥氏体极不稳定,淬火即可出现
1993钢铁及合金光电发射光谱分析法通则、GB/T223热马氏体;Ni当量在22%~24%范围内时,冷加工不
钢铁及合金化学分析方法分析其化学成分。通过计算仅容易诱发马氏体转变,并且伴之有大的相变诱发塑
其NiCr当量,得出最佳成分。
性出现,且Ni当量最靠近22.0%时得到的亚稳定奥氏
结果和分析
体不锈钢更能诱发形变马氏体。因此,在确定化学成
分时,最好将Ni当量控制在22%~24%范围内。平山
张十庆、平山俊成等通常用Ni当量来衡量奥氏体俊成、张十庆等采用的Ni当量的计算式为:
Ni当量=Ni%+0.65%Cr+1.05%Mn+0.35%Si+12.6%C
式中,元素含量均取质量分数。
国内也有很多研究者以谢弗尔组织图来研究18-8
由于化学成分允许波动范围较宽,在确定的加工型奥氏体不锈钢。他们认为,在谢弗尔组织图中Ni当
条件下,为了保证能获得高强度而一致性又好的材料,量控制在更接近A→M转变边界,18-8型不锈钢冷加
应该控制奥氏体的稳定度,即控制Ni当量的大小,力工更易诱发合金中的马氏体相变。图1所示为不锈钢
求每炉、每批料的Ni当量波动范围尽量小。
谢弗尔组织图。
基金项目:国家“十一五”重点计划资助项目(11134011)
收到初稿日期:2012-10-08
收到修改稿日期:2012-11-20
通讯作者:聂尊誉
作者简介:张十庆(1974-),男,四川资阳人,高级工程师,从事金属功能材料研究
张十庆等:高强度抗疲劳不锈钢成分设计与分析
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图1中Cr、Ni当量计算如式(2)、(3)所
A(奥氏体)
Cr当量=Cr%+Mo%+1,5%Si+4%Ti+3.5%AI
8乏
A+M+F
当量=Ni%+30%C+0.5%Mn(
根据平山俊成等的论述和谢弗尔组织图,结合重
M马氏体)
庆材料研究院长期在18-8型不锈钢的科研经验,设计
F(铁素体)
18-8型形变马氏体钢化学成分测试结果如表2所示。
2432
Cr当量%
图1谢弗尔组织图
Fig 1 Schaefler organization chart
表2化学成分测试结果表(质量分数,%)
Table 2 Chemical composition of test results (wt)
元亲
N
e
配料
3YC32-10.0490.501.1118.098.5
60余量「≤0.01≤0.01
3YC32-20.0470.151
550.61「余量」≤0.01≤0.01
3YC32-
6「余量)≤0.01≤0.01
3YC32-4「0.0430.11「1.1
8.10
610.511余量「≤.01≤0.01
3YC32-5「0.0460.481.1318.08,65
余量≤0.01≤0.01
3YC32-6「0.0520.481.0718.08.650.56余量「≤0.01「≤0.01
3YC32-70.0530.351.0417.888.7
51「余量0.007710.0069
3YC32-810.0440.40「1.05117.9018.69「0.481余量10.00890.0081
3YC32-9
余量10.0060.0071
3YC32-100.046
11.0417.878.74「0.45し余量0.00820.0075
按照式(1)设计控制成分的Ni当量:
Ni当量=(8.5~9.0)6Ni+0.65×(17、5~18)%Cr+1.05×(1.0~1.2)%Mn
+0.35×(0.3~0.50)%Si+12.6×(0.02~0,04)%C=21.285%~22.639%(4)
3YC32-7~3YC32-10配料熔炼的4炉材料经过山俊成的理论非常适合形变诱发马氏体。
分析成分也计算出它们的Ni当量分别为22.015%、
按照谢弗尔组织图式(2)、(3)控制成分的谢弗尔
22.014%、22.022%和22.024%。这个Ni当量按平NiCr当量为:
Cr当量=(17.5~18)%Cr+1.5×(0.3~0.50)%Si+4×(0.40~0.8)%AI
(5
Ni当量=(