冷处理对超级马氏体不锈钢组织及逆变奥氏体的影响

具钢应用方面有较多研究［3-5］，而在超级马氏体不锈 钢的应用方面报道较少，因此本文从超级马氏体不锈 钢出发，探讨冷处理对其组织和性能的影响。
1 实验材料及方法
采用真空感应熔炼炉对试验用钢进行熔炼，熔炼 时炉内真空度在 1 Pa 以下。直接在炉内浇铸，凝固 成铸锭。最后用空气锤炼成直径为 15 mm 的棒状试 样供试验使用，试验用钢化学成分（ 质量分数，% ） 为 C-0. 02，Mn-0. 40，Si-0. 27，Cr-14. 82，Ni-6. 5，Mo-1. 8， Cu-1. 45。将试验钢加工成直径 15 mm，高为 10 mm 的试样，将试样在 1050 ℃ 的炉中保温 30 min 后油淬 再进行回火，即淬火 + 回火，命名为 No. 1 钢。将试 样在 1050 ℃ 的炉中保温 30 min，油淬，后放入干冰 （ － 81 ℃ ） 中进行 2 h 冷处理再回火，即淬火 + 冷处
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
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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
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。
关键词： 超级马氏体钢； 冷处理； 组织； 硬度； 逆变奥氏体
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
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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
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。
2. 2 不同工艺对逆变奥氏体的影响 图 2 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 逆变奥氏 体 含 量 图，回 火 温 度 在 550 ～ 800 ℃ 。由 图 2 可看出 No. 1、No. 2 钢逆变奥氏体含量随回火 温度升高，变 化 趋 势 都 是 先 升 高 后 降 低。但 No. 2 钢 在 相 同 回 火 温 度 下 逆 变 奥 氏 体 含 量 更 多 ，且 逆 变 奥氏体含量的最大值升高 50 ℃ 。由于试验钢经冷 处理后，低温 下 原 子 的 动 能 会 被 部 分 转 移，使 原 子 间较难扩散，从 而 原 子 间 的 结 合 更 紧 密，因 此 原 子 在扩散的过程中需要克服更大的能垒来克服原子 间的结合力，而 在 扩 散 相 变 中，能 量 的 获 取 主 要 依 靠 温 度 的 提 高 ，因 此 试 样 经 过 冷 处 理 后 形 成 逆 变 奥 氏体需要更高的温度。
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
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 ℃
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
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。
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
冷处理对超级马氏体不锈钢组织及逆变奥氏体的影响
白 璇， 赵昆渝， 姜 雯， 李 俊， 李绍宏， 李智东
（ 昆明理工大学材料科学与工程学院，云南 昆明 650093）
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
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