热处理对沉淀硬化不锈钢S45000力学性能的影响

热处理对沉淀硬化不锈钢S45000力学性能的影响
陈炜
【摘要】研究了不同热处理工艺对沉淀硬化不锈钢S45000力学性能的影响.结果表明:随着时效温度的升高,强度和硬度下降,-45℃冲击韧性增加;经过二次时效处理,强度和硬度下降,-45℃冲击韧性增加.
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2014(035)002
【总页数】2页(P30-31)
【关键词】沉淀硬化不锈钢;S45000;力学性能
【作者】陈炜
【作者单位】沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳110869
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.5
沉淀硬化不锈钢不仅具有良好的抗蚀性能和高强度，而且有相当的塑性和韧性［1］，因此是离心压缩机叶轮的首选材料。

随着离心压缩机技术的不断发展，对于叶轮强度的要求也越来越高，但是普通沉淀硬化不锈钢的力学性能已经不能满足其要求，因此选择新的材料来满足叶轮力学性能的要求是当务之急。

沉淀硬化不锈钢S45000是引进ASTM技术标准中的材料，本文以沉淀硬化不锈
钢S45000为研究对象，分析不同热处理工艺对S45000不锈钢力学性能的影响，
以期为合理使用此类材料提供一定的试验数据和理论依据。

1 试验材料与方法
试验使用的S45000不锈钢经锻造成型，其化学成分见表1。

先将锻造成型的
S45000不锈钢加工成4件30 mm×30 mm×300 mm的试样，然后将锻件分别
进行热处理，热处理工艺见表2。

将试样加工成标距为30 mm，平行部分直径为
6 mm的棒状拉伸试样，并在RSA250(F295)万能试验机上按照GB228进行拉伸
试验。

冲击试样采用V型缺口试样，在JWB－300(F405)冲击试验机上按照
GB229进行－45℃冲击试验。

表1 S45000不锈钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition
of S45000 stainless steel(wt%)元素C Mn Si S P Ni Cr Mo Nb Cu含量
0.030.55 0.59 0.005 0.023 5.64 14.29 0.74 0.431.29
表2 S45000不锈钢的热处理工艺Table 2 Heat treatment process of S45000 stainless steel注:固溶处理时试样保温时间为2 h，时效处理时保温时间为3 h。

编号热处理工艺S1 固溶处理1050℃ 油冷+时效处理560℃空冷空冷S2 固溶处
理1050℃ 油冷+时效处理570℃ 空冷S3 固溶处理1050℃ 油冷+时效处理580℃ 空冷S4 固溶处理1050℃ 油冷+时效处理580℃ 空冷+时效处理600℃
2 试验结果与分析
S45000不锈钢经过不同热处理后力学性能见表3。

从表3中可以看出，抗拉强度、屈服强度和硬度随着时效温度的升高而降低，－45℃冲击韧性随时效温度的升高
而增加。

在580℃时效时抗拉强度下降至1097 MPa，大约是560℃时的0.95倍;
屈服强度与抗拉强度表现出了相同的趋势，屈服强度下降至1060 MPa，大约是560℃ 时的0.95倍;而－45℃冲击韧性却表现出相反的趋势，平均冲击功为29 J，大约是560℃时的2倍。

S45000不锈钢经过二次时效后，其抗拉强度、屈服强度和硬度比一次时效处理时
明显下降，－45℃冲击韧性明显增加。

经过两次时效后的抗拉强度降至1030 MPa，仅为一次时效的0.94倍;屈服强度降至972 MPa，仅为一次时效的0.92倍;但－45℃平均冲击功增加至42 J，为一次时效的1.5倍。

表3 S45000不锈钢的力学性能Table 3 Mechanical property of S45000 stainless steel试样编号抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%－45℃冲击功/J 硬度/HB S1 1151 1112 13 16/13/13 374 S2 1118 1080 15 16/22/28 358 S3 1097 1060 16 29/30/27 342 S4 1030 972 19.5 42/40/44 329
文献［2］和［3］认为，马氏体沉淀硬化不锈钢时效中的沉淀与Fe-Cu和Fe-Cu-X合金的沉淀过程一样。

Cu在γ-Fe中的溶解度大于在α-Fe中的溶解度，固溶处理后，得到过饱和的α-Fe固溶体，随后在适当温度时效析出ε-Cu，即富铜相，开始形成的相与基体共格，长大到一定尺寸时，共格破坏成为独立的ε-Cu相。

这种弥散分布的共格ε-Cu相，导致材料强度和硬度增加，韧性变差。

随着时效温度的升高，弥散分布、体积细小的共格ε-Cu相可能已开始逐步脱溶，导致强度和硬度值下降，而韧性回升。

随着时效温度的进一步升高，析出相与基体间的共格关系进一步破坏，基体逐步再结晶;而且大量ε-Cu相脱溶析出、长大，并且基体已基本完全再结晶，因而强度和硬度逐步下降，韧性逐步增加。

通过表3中S1～S3的数据可以证明此观点。

另外文献［4］中认为，当时效温度超过某一特定温度时，残留奥氏体含量逐步增加，到某一温度时达到最大值。

这里的奥氏体为时效过程中的逆转奥氏体。

由于逆转奥氏体和析出相的脱溶、长大共同作用使其硬度下降剧烈，韧性明显增加，通过表3中S3和S4的数据可以证明此观点。

文献［5］指出，残留奥氏体含量的增加对提高沉淀硬化不锈钢的韧性有重要的作用。

3 结论
(1)随着时效温度的升高，抗拉强度、屈服强度和硬度下降，－45℃冲击韧性增加;
(2)经过二次时效处理后，抗拉强度、屈服强度和硬度下降，－45℃冲击韧性增加。

参考文献
［1］彭艳华，王均，邹红，等.17-4PH不锈钢长期时效对拉伸性能的影响［J］.核动力工程，2007，28(3):82－86.
［2］牛靖，董俊明，付永红，等.时效对FV520(B)组织和性能的影响［J］.金属
热处理，2007，32(4):30－33.
［3］Habibi H R，Servant C.TEM investigation of precipitation phenomena occurring in PH15-5 alloy［J］.Acta Metal Mater，1993，41(5):1613 －1623.
［4］肖福仁.调整处理对FV520(B)不锈钢组织与性能的影响［J］.金属热处理学报，1999，20(4):35－40.
［5］Nakagawa H，Miyazaki T.Effect of retained austenite on the microstructure and mechanical properties of martensitic precipitation hardening stainless steel［J］.Journal of Materials Science，1999，34:3901－3908.。