冷处理对超级马氏体不锈钢组织及逆变奥氏体的影响
冷变形对12Cr铁素体_马氏体钢回复与再结晶过程的影响
冷变形对12Cr铁素体/马氏体钢回复与再结晶过程的影响T he Influence of Cold Deformation to12Cr Ferritic/M artensiticSteel Recovery and Recrystallization Process肖 翔1,刘国权1,2,胡本芙1,胡加学1,康人木1,郑 晓1(1北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;2新金属材料国家重点实验室,北京100083)XIAO Xiang1,LIU Guo quan1,2,H U Ben fu1,H U Jia x ue1,KANG Ren mu1,ZH ENG Xiao1(1Scho ol of Materials Science and Eng ineer ing,University of Science andTechnolog y Beijing,Beijing100083,China;2State Key Laboratory fo rAdvanced M etals and M aterials,Beijing100083,China)摘要:研究了一种新型高Cr低活性铁素体/马氏体(F/M)钢用作超临界水堆燃料包壳管用候选材料,研究冷变形对其铁素体和板条马氏体双相组织的回复、再结晶过程的影响。
结果表明,不同冷变形量对板条马氏体再结晶的促进程度不同,10%冷变形后780 高温退火只发生回复,回火马氏体板条发生合并与迁移;60%冷变形后780 高温退火,回火马氏体发生快速回复和再结晶。
相同冷变形量下,高温退火时回火马氏体会优先于铁素体发生再结晶。
12% 铁素体的存在并不会明显延缓回火马氏体的再结晶过程,长时退火后,少量的铁素体晶粒都会转变成二次再结晶铁素体晶粒,最终组织为细晶铁素体。
关键词:低活性;铁素体/马氏体钢;冷变形;回复与再结晶中图分类号:T L341;T G111.3;T G113.1 文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2011)02 0073 06Abstract:A new high Cr low activation ferritic/m ar tensitic(F/M)steel used for candidate cladding tube in supercritical w ater reactor has developed,resear ch for the influence of cold deform ation to its ferrite and lath martensite in the recovery and recry stallizatio n pro cess.The results show ed that cold defo rmatio n can promo te the recrystallization of lath martensite in differ ent degr ees,annealing at 780 after10%cold defo rmatio n o ccurs only reco ver y process,m ar tensite lath is merg ed w ith trans fer,how ever,annealing at780 after60%cold defor matio n,tempered martensite o ccurs rapid re covery and r ecrystallization.After the same amount of co ld deform ation,temper ed martensite r ecrys tallization w ill g ive prior ity to the ferrite in hig h tem perature tempering pro cess.12% ferrite w ill no t sig nificantly delay the re crystallization pro cess of m ar tensite,after long tempering,the ferrite grains are converted into secondary recrystallized ferrite grains.The final microstructure is fine grain ferrite.Key words:low activation;ferritic/martensitic steel;cold deform ation;recovery and recry stallizatio n先进的9 12Cr铁素体/马氏体(F/M)钢是极具潜力的第IV代核反应堆候选材料,既可用于堆芯燃料包壳管,也可用于代替堆外某些耐蚀性不强的低合金钢[1,2]。
超低温轧制304_奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征
精 密 成 形 工 程第15卷 第12期12 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年12月收稿日期：2023-09-19 Received ：2023-09-19基金项目：国家自然科学基金（51204050）；中央高校基本科研业务费项目（N110407005）Fund ：National Natural Science Foundation of China (51204050); Fundamental Research Funds for the Central Universities (N110407005)引文格式：艾峥嵘, 于凯, 吴红艳, 等. 超低温轧制304奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 12--18.AI Zheng-rong, YU Kai, WU Hong-yan, et al. Martensite Reverse Transformation and Microstructure Characterization of 304 Austenite Stainless Steel during Cryogenic Rolling[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 12-18. 超低温轧制304奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征艾峥嵘a,b ，于凯c ，吴红艳d*，贾楠a,b（东北大学 a.材料科学与工程学院 b.材料各向异性与织构教育部重点实验室 c.冶金学院d.轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819） 摘要：目的 研究超低温轧制（Cryogenic Rolling ，CR ）亚稳态奥氏体不锈钢在不同退火温度下马氏体逆相变、组织演变及力学性能的变化规律。
方法 首先，对实验原料304奥氏体不锈钢进行1 050 ℃保温30 min 的固溶处理；其次，对实验钢进行总压下量为65%的超低温轧制，并在600~750 ℃下进行5 min 退火处理；最后，对退火处理后的实验钢进行组织表征和力学性能测试，研究退火过程中组织演变及力学性能变化规律。
低温固溶处理改善马氏体时效钢韧性技术研究
低温固溶处理改善马氏体时效钢韧性技术研究众所周知，马氏体时效不锈钢热处理工艺为固溶处理后在500℃附近进行时效处理，其中固溶处理温度对最终的强韧性具有重要的影响，研究表明相对低的固溶处理温度有益于改善性能，尤其是改善应力腐蚀抗力[1]。
然而，低的固溶处理温度残留较多的χ相和σ相恶化韧性[2-4]，Novikov等尝试降低Cr-Ni-Co-Mo马氏体时效不锈钢的Co和Mo含量，致使降低固溶处理温度不再残留χ相和σ相，显著改善韧性，尤其是显著提高超低温冲击韧性[3]，作者尝试降低Cr含量相对较低的Cr-Mo-Ti马氏体时效钢固溶处理温度，对比研究了低温固溶处理材料力学性能的优势。
1 试验材料与方法试验用钢Cr-Mo-Ti马氏体时效耐蚀钢，用25Kg真空感应炉熔炼，主要合金元素含量：Cr: 8.92%wt、Ni:12.64%wt、Mo:1.46%wt和Ti:1.37%wt，冶炼坯经过1150~850℃锻造成40×40mm的方坯，用Formastor-D全自动相变测量仪测试的相变温度为：AC1=625℃，AC3=740℃，Ms=60℃。
在方坯上切取拉伸、V型缺口冲击坯样。
将坯样分成两组，第一组采用800℃低温固溶处理，第二组按常规1000℃较高温度固溶处理，两组固溶处理的试样均经过-73℃×2h冷处理，随后两组固溶处理的试样均分别经过450、480、510和540℃，4小时时效处理，最终加工的拉伸试样标距直径Φ5mm，标距长25mm；冲击试样为10×10×55的标准V缺口冲击试样，最后分别用WE300B拉伸试验机和JBN-300B冲击试验机分别测试室温拉伸性能和冲击韧性，同一热处理状态的力学性能用3个试样测试的平均值。
2实验结果与分析2.1奥氏体形成及其晶粒形态的变化切取固溶处理的试样制成金相样品，经H2SO4、KMnO4水溶液煮沸显示原奥氏体晶界，金相显微镜观察表明800℃低温固溶处理虽已超过的AC3温度（740℃），但却遗传了锻造变形的晶粒形态与尺寸（图1a），说明通过非扩散α′→γ逆转变机制形成奥氏体。
冷却条件对超级钢焊接接头组织和性能的影响
试验与研究
P TCA ( PA R T : A P H YS. T ES T. )
2008 年 第 44 卷 7
冷却条件对超级钢焊接接头组织和 性能的影响
徐春华 ,赵洪运 ,杨贤群 ,吴剑谦
(哈尔滨工业大学 (威海) 材料科学与工程学院 ,威海 264209)
摘 要 : 400 M Pa 级超级钢主要特征是高洁净度和超细晶粒组织 。采用钨极氩弧焊对 400 M Pa 级超级钢施焊 ,并对其空冷和水冷两种冷却方式下的显微组织和力学性能进行分析 。结果表明 ,空 冷条件下焊接接头热影响区 ( HA Z) 晶粒严重长大 、强度下降 ,并出现软化区 ;焊接过程采用喷水冷 却加快了冷却速度 ,有效抑制了焊接接头热影响区晶粒的长大 ,改善了接头组织 ,提高了贝氏体和 低碳马氏体的含量 ,进而改善了接头的综合力学性能 ,满足实际焊接要求 。
收稿日期 :2007207223 作者简介 :徐春华 (1983 - ) ,男 ,硕士研究生 。
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用 ,必须实现广泛使用的焊接方法对其实施焊接 。 但由于超级钢晶粒高度细化 ,焊接时面临的问题是 , 焊接热影响区晶粒受焊接热循环的作用会重新长 大 ,从而造成焊接接头强度的下降 。这一问题严重 阻碍了普通焊接方法在超级钢焊接中的推广使用 。 为解决这一问题 ,笔者采用钨极氩弧焊 ,通过空冷和 水冷两种不同冷却方式对焊接接头组织和性能进行
XU Chun2hua , ZHAO Hong2yun ,YANG Xian2qun , WU Jian2qian
(School of Materials Science and Engineering , Harbin Instit ute of Technology at Weihai , Weihai 264209 ,China)
预处理冷却工艺对马氏体不锈钢00Cr12Ni10MoTi锻件力学性能的影响
预处理冷却工艺对马氏体不锈钢00Cr12Ni10MoTi锻件力学性能的影响摘要：本文通过对预处理工艺（温度、冷却方式）的对比研究，发现冷却方式对00Cr12Ni10MoTi材料锻件存在巨大影响。
预处理采用空冷时77K冲击功较低（10～60J）,调整为水冷时77K冲击功可达到140J以上。
关键词：马氏体；预处理；低温韧性；锻件一、试验的材料试验的00Cr12Ni10MoTi材料采用真空感应+真空自耗重熔的5T钢锭，化学成分见表1所示。
表1：试验用钢的化学成分（%）二、试验的方法试验用材料是规格为105mm×316mm×390mm的锻件，分别进行表2所示的7组对比试验，第1组仅进行固溶+时效热处理；第2～4组采用了空冷预处理+固溶+时效热处理，其中第2组预处理温度为750℃，第3组预处理温度为800℃，第4组预处理温度为850℃；第5～7组采用了水冷预处理+固溶+时效热处理，其中第5组预处理温度为780℃，第6组预处理温度为800℃，第7组预处理温度为830℃。
在对以上7组试料进行热处理后，分别在7组锻件上沿长度方向截取标距直径Φ10mm的室温拉伸试样和10mm×10mm×55mm的标准V型缺口试样，用拉伸试验机测定室温拉伸强度，用冲击试验机测定室温及液氮（77K）温度下的冲击功。
拉伸试验按照GB/T 228.1-2010执行，冲击试验按GB/T 229-2007执行。
三、试验的结果(一)固溶+时效热处理对00Cr12Ni10MoTi材料力学性能的影响第1组样只对锻件进行固溶+时效热处理，取样进行检测，室温屈服强度为901MPa，室温抗拉强度为958MPa，室温冲击功分别为228J、173J、203J，77K冲击功分别为62J、70J、65J。
其冲击韧性与强度均较低，屈服强度距离验收要求差50MPa，77K冲击功刚好达到验收要求。
对第1组材料余料再次进行了750℃固溶水冷+500℃时效空冷，重新取样进行检测，检测结果为：室温屈服强度降低到了850MPa，室温抗拉强度为908MPa，室温冲击功为217J、229J、226J，77K冲击功为75J、60J、76J。
马氏体不锈钢退火工艺
马氏体不锈钢退火工艺
马氏体不锈钢是一种具有良好机械性能和耐腐蚀性能的金属材料,在应用中具有广泛的用途。
马氏体不锈钢的退火工艺会影响其性能和组织结构,以下是马氏体不锈钢的退火工艺介绍:
1. 固溶退火:将马氏体不锈钢加热到固溶温度,保温一定时间后冷却。
这种退火工艺可以消除材料的残余应力,提高其塑性和韧性。
2. 软化退火:将马氏体不锈钢加热到800-900℃,保温一段时间后冷却,使其组织转变为奥氏体或双相组织。
这种退火工艺可以降低材料的硬度和强度,并提高其塑性和韧性。
3. 淬火退火:将马氏体不锈钢加热到固溶温度以上,然后快速冷却到室温,使其组织转变为马氏体。
之后再进行固溶退火或软化退火,可以调整材料的硬度、强度和韧性。
总之,马氏体不锈钢的退火工艺应根据具体的材料组织结构和性能要求来选择,以达到最佳的效果。
钢的冷处理
钢的冷处理钢的冷处理啊，就像是给钢来一场特殊的“冰爽体验”。
你想啊，钢本来就已经很刚硬了，但是呢，冷处理能让它变得更厉害哦。
1、冷处理的原理这冷处理啊，其实就是利用低温对钢的组织结构产生影响。
就好比我们把钢放进一个超级冷的“小冰窖”里，这个时候，钢里面的一些组织就开始发生变化了。
比如说，钢里面的残余奥氏体就会转变成马氏体。
这就像把一群调皮的小粒子重新排列了一下，让它们变得更听话，更有序。
这一转变啊，就能提高钢的硬度、强度还有耐磨性呢。
就像给一个本来就很有力气的人又穿上了一层坚硬的铠甲，变得更加强大。
2、冷处理的操作过程（1）准备工作首先得有个合适的冷处理设备呀，就像一个超级冷的大冰箱似的。
然后把要处理的钢制品准备好，要确保它表面干净，没有什么脏东西或者杂质。
要是有杂质的话，就像是在一个整齐的队伍里混进了几个捣乱的家伙，肯定会影响冷处理的效果呢。
（2）降温过程把钢制品放进冷处理设备里，然后开始慢慢地降温。
这个降温的速度可不能太快，要是太快了，钢制品可能会受不了，就像我们人突然从很热的地方一下子到很冷的地方会生病一样。
得让钢制品慢慢地适应这个低温环境。
在降温的过程中，钢里面的那些小组织就在悄悄地发生变化啦。
（3）保持低温当达到合适的低温之后，还要让钢制品在这个低温环境里保持一段时间呢。
这就像是给钢制品一个充分适应和调整的时间，让它内部的那些转变能够进行得更彻底。
就像我们睡觉的时候，需要睡够一定的时间才能休息好，钢制品在低温里也得待够时间才行。
（4）升温过程冷处理完了之后，可不能一下子就把钢制品拿出来放到常温环境里。
得慢慢地升温，让它有个过渡的过程。
要是突然升温，钢制品可能会出现裂纹之类的问题，那就前功尽弃了。
（1）机械制造在机械制造里，很多零件都需要很高的硬度和耐磨性。
比如说一些机床的刀具，经过冷处理之后，刀具就变得超级锋利，而且能够使用很长时间，不会那么容易磨损。
这就好比给厨师一把特别锋利又耐用的菜刀，做出来的菜都更精致呢。
不同热处理对超级马氏体不锈钢组织和性能的影响
不同热处理对超级马氏体不锈钢组织和性能的影响不同热处理对超级马氏体不锈钢组织和性能的影响超级马氏体不锈钢是在传统马氏体不锈钢基础上将碳含量严格控制在0.03%以下，并且提高镍含量的一种新型马氏体不锈钢。
相对于传统的低碳马氏体不锈钢，超级马氏体不锈钢不但具有良好的塑韧性与较高的强度和硬度，而且具有较高的断裂韧性、水下疲劳强度以及抗磨蚀等性能。
马氏体不锈钢经过正火后，能够得到板条马氏体，并经一定温度回火后，进一步得到回火马氏体能够明显影响与改善材料的综合性能。
前人研究超级马氏体不锈钢在1050℃正火并且在500℃-700℃间回火，只关注其微观组织与力学性能，并未研究其抗磨蚀。
研究对超级马氏体不锈钢00Cr13Ni4Mo进行正火后一次回火并且选取部分温度进行二次回火，对8种不同热处理下材料的硬度，冲击韧性与抗磨蚀性能关系进行了详细探讨与研究。
超级马氏体不锈钢在550℃-650℃回火后，会产生逆变奥氏体，其在透射电镜下呈黑色长条与块状，经常分布在马氏体板条边界以及奥氏体晶界处，长度为102nm-103nm，宽约为100nm。
逆变奥氏体会降低材料的强度和硬度，增加韧性。
当一次回火温度达到700℃时，逆变奥氏体附近富集的Ni元素扩散程度增加，Ni的偏析降低，冷却过程中逆变奥氏体转变为新生马氏体，材料中几乎不存在逆变奥氏体，所以硬度升高。
00Cr13Ni4Mo不锈钢在500℃-700℃范围一次回火后，随着温度上升硬度值呈先降后升。
二次回火较同温度一次回火后硬度普遍下降。
在500℃-700℃范围一次回火后韧性呈先升后降；二次回火处理对于钢的韧性影响较小。
00Cr13Ni4Mo不锈钢的累积失重量曲线呈类抛物线型，随时间的增加累积失重量增大，累积失重率不断降低。
根据材料磨蚀规律可知，对于两体磨损来说，材料硬度的高低决定了其耐磨性的优劣。
因此，超级马氏体不锈钢的抗磨蚀性与材料硬度之间关系紧密，通常材料的硬度越高，其累积失重量越低，抗磨蚀性越好。
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超级马氏体不锈钢是一种特殊的不锈钢，是在传 统马氏体不锈钢的基础上降低碳含量，同时添加适量 合金元素而发展起来的新钢种，因而这种钢具有较好 的耐腐蚀性、可焊接性。超级马氏体不锈钢典型的基 体金属显微组织为回火马氏体，这种低碳回火马氏体 组织具有很高的强度和韧性［1］。冷处理是一种常规 热处理的延续，是热处理的继续和补充。通常将在 － 60 ～ － 80 ℃ 的 处 理 温 度 定 义 为 浅 冷 处 理 （ shallow cryogenic treatment） ［2］。目前，冷处理在模具钢及工
98
材料热处理学报
第 36 卷
过 700 ℃ ） ，No. 1 钢曲线下降平缓，而 No. 2 钢曲线随
着回火温度的升高先缓慢后快速下降，即有 θ1 ＜ θ2 ＜ θ3 ，这说明经过逆变奥氏体含量的最大值，随着回火 温度的继续升高，会发生 α-γ 相变而重新转化为马
氏体，即逆变奥氏体的回溶。而 No. 2 钢形成逆变奥
中图分类号： TG142. 7
文献标志码： A
文章编号： 1009-6264（ 2015） 03-0096-05
Effect of cold treatment on microstructure and reversed austenite of
super martensitic stainless steel
氏体含量最大值温度区间整体升高，元素的扩散速度
更快，从而加速了组织中元素的均匀化，所以向马氏
体转变速度更快，即 θ1 ＜ θ2 ； 经过冷处理的 No. 2 钢， 当回火温度在 700 ～ 750 ℃ 时，原子间还有部分因冷
处理而对原子形成的束缚力，使原子不容易扩散至均
匀化，所以逆变奥氏体向马氏体的转变相对缓慢，当
Kunming 650093，China）
Abstract： The differences of microstructure and properties of super martensitic stainless steel heat treated by quenching and tempering （ steel No. 1） and quenching plus cold treatment and then tempering （ steel No. 2） were studied． The results show that the matrix is martensite in the steels treated by the two processes，but the martensitic laths are straighter and the size is smaller in steel No. 2． The amount of the reversed austenite increases first and then decreases for the differently heat-treated steels with the increasing of tempering temperature． The maximum reversed austenite amount occurs at tempering temperature of 650 ℃ and 700 ℃ for the steel No. 1 and steel No. 2，respectively． The number of Ni enriched fields in steel No. 2 is more than that in steel No. 1，but its concentration of Ni in the fields is lower than steel No. 1． The hardness decreases first and then increases both in steel No. 1 and steel No. 2 with the increase of tempering temperature． However，the hardness of steel No. 2 is lower than that of steel No. 1 at the same tempering temperature． Key words： super martensitic stainless steel； cold treatment； microstructure； hardness； reversed austenite DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2015.03.018
图 2 不同回火温度下逆变奥氏体含量 Fig． 2 Amount of reversed austenite of the tested steel
tempered at different temperatures
从图 2 还可看出，当回火温度超过逆变奥氏体含 量最大值温度时（ 即 No. 1 钢超过 650 ℃ ，No. 2 钢超
2 结果与讨论
2. 1 不同工艺对显微组织的影响 图 1 为 No. 1 钢（ 1050 ℃ 淬火 + 回火） ，No. 2 钢
（ 1050 ℃ 淬火 + 冷处理 + 回火） 随回火温度升高的显 微组织，回火温度为 500，600 和700 ℃ 。由图可知， No. 1、2 两钢组织均为回火马氏体，且随着回火温度 的升高，马氏体板条束变细。在相同回火温度下，经 过冷处理的 No. 2 钢回火马氏体板条更平直，尺寸更 小，且马氏体板条束更细。
第3 期
白 璇等： 冷处理对超级马氏体不锈钢组织及逆变奥氏体的影响
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理 + 回火，命名为 No. 2 钢。 热处理后的试样采用 XJP-30 型倒置式光学显
微镜 进 行 组 织 观 察，试 样 中 的 奥 氏 体 含 量 采 用 D / max ～ 3B 型 X 射线衍射仪测量，试验条件为： Co 靶、电 压 40 kV，电 流 30 mA。 采 用 XＲD （ X-ray diffraction） 、TEM（ Transmission electron microscope） 、 EDS（ Energy Dispersive Spectroscopy） 对 超 级 马 氏 体 不 锈 钢 中 逆 变 奥 氏 进 行 研 究 ，使 用 洛 氏 硬 度 计 测 试 洛氏硬度。
收稿日期： 2014-06-04； 修订日期： 2014-09-04 基金项目： 昆明理工大学校级基金（ 619320090024） 作者简介： 白 璇（ 1990—） ，女，主要从事超级马氏体不锈钢的基础 研究，E-mail： Zhangbai90@ 163． com。 通讯作者： 赵昆渝（ 1960—） ，女，博士生导师，主要从事钢铁材料、功 能材料和纳米材料方向的研究工作，E-mail： kyzhaoy@ sina． com。
图 1 不同回火温度下 No. 1 钢和 No. 2 钢的显微组织 （ a） ～ （ c） No. 1 钢； （ a'） ～ （ c'） No. 2 钢； （ a） 和 （ a'） 500 ℃ 回火； （ b） 和 （ b'） 600 ℃ 回火； （ c） 和（ c'） 700 ℃ 回火
Fig． 1 Microstructure of the tested steels tempered at different temperatures （ a） -（ c） steel No. 1； （ a'） -（ c'） steel No. 2； （ a） and （ a'） tempered at 500 ℃ ； （ b） and （ b'） tempered at 600 ℃ ； （ c） and （ c'） tempered at 700 ℃
温度升至 750 ℃ 时，温度的升高已经完全克服了由冷
处理带来的束缚，使扩散得以充分进行，即重新转化
为马氏体的速度也会加快。所以，此温度后曲线斜率
快速降低，即 θ2 ＜ θ3 。 由于合金元素的扩散是逆变奥氏体形成的主要原
因，尤其是奥氏体化元素。所以逆变奥氏体的变化趋
势可以用 Ni 原子的扩散来解释，随着回火温度的升
摘 要： 研究了淬火 + 回火（ No. 1 钢） 及淬火 + 冷处理 + 回火（ No. 2 钢） 两种处理工艺下，超级马氏体不锈钢组织和性能的差
异。结果表明： 两钢中基体组织均为回火马氏体，但经过冷处理的 No. 2 钢马氏体板条更平直，尺寸更小。在 No. 1、No. 2 钢中，随
回火温度的升高，逆变奥氏体含量的变化趋势都为先增高后降低。在 No. 1、No. 2 钢中逆变奥氏体达到最大值的回火温度分别为
650 ℃ ，700 ℃ 。No. 2 钢中 Ni 元素富集点含量比 No. 1 钢低，但 Ni 富集点数比 No. 1 钢多。No. 1、No. 2 钢的硬度变化趋势都为先
快速降低后缓慢回升，但在相同回火温度下，No. 2 钢的硬度值更低。
Байду номын сангаас
关键词： 超级马氏体钢； 冷处理； 组织； 硬度； 逆变奥氏体
BAI Xuan， ZHAO Kun-yu， JIANG Wen，LI Jun， LI Shao-hong， LI Zhi-dong
（ Faculty of Materials Science and Engineering，Kunming University of Science and Technology，
第36卷 第3期 2015年 3月
材料热处理学报
TＲANSACTIONS OF MATEＲIALS AND HEAT TＲEATMENT
Vol ． 36 No ． 3
March
2015