电渣熔铸ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢力学性能研究

电渣熔铸ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢力学性能研究冯浩;刘福斌;李花兵;姜周华;董艳伍;陈瑞;宋照伟;耿鑫

【摘要】对热处理后的电渣熔铸低碳马氏体不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo分别进行拉伸试验、冲击试验和硬度试验,利用金相显微镜(OM)观察热处理后的显微组织,应用扫描电镜(SEM)观察拉伸断口和冲击断口,系统研究了电渣熔铸前后低碳马氏体不锈钢的力学性能.通过与电极的对比表明,电渣熔铸低碳马氏体不锈钢的晶粒更加细小,其力学性能优于自耗电极,并且各向异性程度低.

【期刊名称】《材料与冶金学报》

【年(卷),期】2013(012)001

【总页数】5页(P45-49)

【关键词】电渣熔铸;低碳马氏体不锈钢;力学性能

【作者】冯浩;刘福斌;李花兵;姜周华;董艳伍;陈瑞;宋照伟;耿鑫

【作者单位】东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;沈阳铸造研究所,沈阳110021;沈阳铸造研究所,沈阳110021;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819

【正文语种】中文

【中图分类】TG113

ZG06Cr13Ni4Mo是一种低碳马氏体不锈钢，对应于ASTM标准中的CA6NM不锈钢，因其优异的铸造和焊接性能、良好的强韧性及耐腐蚀性被广泛应用于水轮机

组件、阀体、核电站压力容器及海上的钻井平台中［1～3］.该马氏体不锈钢的优

异性能源于其特殊的微观组织.经过恰当的正火及回火处理后，其微观组织为回火

马氏体和弥散分布在马氏体基体中的片层状逆变奥氏体的两相结构［4～6］.塑性

变形时逆变奥氏体能够吸收变形功转变成马氏体，显著改善材料韧性.本文用电渣

重熔对钢锭进行二次精炼，获得了高金属纯净度、组织致密、晶粒细小的

06Cr13Ni4M电渣铸锭，并对它的力学性能进行了系统研究.

实验采用电渣熔铸工艺制备低碳马氏体不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo.自耗电极和电渣

锭的化学成分如表1所示.对自耗电极和电渣锭采用相同的热处理工艺进行处理，

如表2所示.热处理后，分别在自耗电极和电渣锭的横截面和纵截面上切取试样.所有试样经砂纸湿磨后抛光，采用质量分数为10%的草酸溶液进行电解腐蚀.应用金相显微镜(OM)观察显微组织.

分别沿电渣锭和自耗电极的轴向和径向切取拉伸棒状试样.在SANS－CMT5105型微机控制电子万能试验机上进行室温拉伸性能测定，拉伸速度为3 mm·min－1，引伸计标距为25 mm.测定所有试样的抗拉强度Rm、规定非比例延伸强度Rp0.2、断后伸长率A和断面收缩率Z.应用扫描电镜(SEM)观察试样断口形貌，研究断裂

的微观机理.经过相同热处理后，分别沿电渣锭和自耗电极的轴向和径向切取冲击

试样.在JBW－500屏显式冲击试验机上进行冲击试验，测定所有试样的冲击功AKV.应用扫描电镜(SEM)观察试样断口形貌，研究断裂的微观机理.在热处理后的

电渣锭和自耗电极上分别切取试样，经砂纸湿磨后抛光，应用布氏硬度计测定试样上3个不同位置的硬度，取平均值作为最终结果.

经过热处理后电渣锭与自耗电极的微观组织如图1所示.与自耗电极相比，电渣锭

横截面和纵截面的晶粒更加细小.由于电渣熔铸具有良好的凝固条件，因此电渣锭

的组织致密均匀，晶粒细小，电渣锭经过热处理后晶粒更加细小.而电极采用砂型

铸造，原始晶粒粗大，虽然热处理具有细化晶粒的作用，但其晶粒尺寸仍较大.

电渣锭和电极拉伸性能的测定结果如表3所示，从表中可知电渣锭的Rm为810 MPa以上，RP0.2为 575 MPa以上，A为 21.7%以上，Z为67.3%以上.通过与

电极的对比可以看出，电渣锭的拉伸性能优于电极，并且各向异性的程度较低.

从电渣锭和电极的显微组织(见图1)可以看出，由于电渣熔铸冷却强度大，热处理后电渣锭的晶粒更加细小.由于金属晶粒越细小，晶界的总面积越大，变形晶粒中

的位错在晶界处受到的阻力越大，金属的强度越高.细小晶粒内部和晶界附近的应

变相差较小，变形较均匀，因应力集中引起开裂的概率也较少，在断裂之前可承受较大的变形量，因此细晶粒电渣锭的塑性较高［7］.同时，由于电渣熔铸顺序结晶和定向凝固的特点，电渣锭的组织更加均匀，因此其各向异性程度低.

利用扫描电镜(SEM)观察拉伸断口形貌(图2).从图2中可以看出，电渣锭中韧窝数量多，深度大，因此塑性更好.电渣锭轴向拉伸试样的断口形貌与径向拉伸试样的

断口形貌大致相同，因此各向异性程度低.

电渣锭和电极的冲击性能如表4所示.从表中可知，电渣锭的冲击功为154 J以上.通过与电极的对比可以看出，电渣锭的冲击韧性更好，各向异性程度更低.从电渣

锭和电极的显微组织(图1)可以看出，由于电渣熔铸冷却强度大，热处理后电渣锭的晶粒更加细小.金属晶粒越细小，晶界的总面积越大，变形晶粒中的位错在晶界

处受到的阻力越大，金属的强度越高.由于细晶粒金属的裂纹不易产生也不易扩展，因而在断裂过程中吸收了更多的能量，表现出较高的韧性［7］.同时，由于电渣熔铸顺序结晶和定向凝固的特点，电渣锭的组织致密均匀，各向异性程度低.

应用扫描电镜(SEM)观察电渣锭与电极的冲击断口形貌如图3所示，从图中可以看出电渣锭断口处的韧窝数量较多，分布均匀，表现出较好的冲击韧性.同时，电渣

锭轴向试样的断口形貌与径向试样的断口形貌大致相同，电渣锭各向异性程度低. 应用布氏硬度计测定热处理后电渣锭与电极的硬度如表5所示.从表中可以看出电

渣锭的硬度值为278，高于电极的硬度.从电渣锭和电极的显微组织可以看出，由