热处理对马氏体不锈钢Fv520

热处理对马氏体不锈钢Fv520(B)组织及耐蚀性

能的影响

乔桂英肖福仁

摘要采用透射电镜、X-射线衍射仪和金相显微镜，研究了Fv520(B)马氏体时效硬化不锈钢，经过1 050 ℃固溶处理及1 050 ℃固溶处理+850 ℃调整处理，在430～650 ℃时效温度范围内显微组织变化及对耐蚀性能的影响。结果表明：该钢在470 ℃时效时，时效相开始析出，560 ℃时，时效相开始脱溶，该钢时效后，具有良好的抗晶间腐蚀能力。

关键词马氏体Fv520(B)不锈钢组织耐蚀性

Effect of Heat Treatment on Structure and Corrosion Resistance of Martensitic Stainless

Steel Fv520(B)

Qiao Guiying and Xiao Furen

(Yanshan University, Qinhuangdao 066004)

Abstract The structure and corrosion resistance of age hardened martensitic stainless steel Fv520(B) 1050°C solid-

solution-treated, 850°C intermediate treated and 430～650°C aged have been studied using transmission electron microscope (TEM), x- ray diffractometer (XRD) and optical microscope (OM). The results showed that the aging phases in steel began precipitating at 470°C and separated out at 560°C, and the steel aged had excellent corrosion resistance.

Materials Index Martensite, Stainless Steel Fv520(B), Structure , Corrosion Resistance

马氏体时效硬化不锈钢Fv520(B)一般采用固溶处理、中间调整处理、时效处理工艺(以下称两步工艺)；中间调整处理的目的是析出一定量的碳化物，提高Ms点，减少残余奥氏体量，但Fv520(B)钢的Ms点为150 ℃左右，固溶处理后，残余奥氏体量一般小于10%，在一般使用条件下再降低Ms点意义不大。可否采用固溶加时效(以下称一步工艺)代替两步工艺值得研究。本文对Fv520(B)马氏体时效硬化不锈钢的两种处理工艺下的时效组织及其对腐蚀性能的影响进行了研究。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用Fv520(B)钢的化学成分(%)为：0.05 C，0.40 Si，0.80 Mn，14.50 Cr,5.50 Ni,1.80 Cu,1.70 Mo,0.35 Nb,0.007 P,0.006 S。试样经1 050 ℃×1 h空冷固溶处理，850 ℃×2 h空冷中间调整处理后，在430～650 ℃温度范围内时效2～4 h空冷。

1.2 电化学腐蚀试验

试验介质为0.5 mol H

2SO

4

溶液，温度为30 ℃。以7.2 mV/s的电

位扫描速度，测试出E-I曲线及相应的电化学腐蚀参数。

1.3 晶间腐蚀试验

晶间腐蚀试验按GB1223-75中的草酸电解浸蚀法。按1 A/cm2的电流密度通电，时间为90 s，然后在金相显微镜下观察浸蚀部位。

2 试验结果及分析

2.1 组织分析

Fv520(B)钢经1 050 ℃×1 h空冷后组织为典型的低碳马氏体组织［1］，X射线分析残余奥氏体量为8.6%。再经850 ℃×2 h空冷中间调整处理后，组织为细小的板条马氏体。TEM分析有少量碳化物析出，碳化

物种类主要为NbC、M

7C

3

型碳化物，NbC主要在晶内析出，M

7

C

3

型碳化物

主要在晶界析出，此时残余奥氏体量为4.1%。

TEM分析表明在两种工艺条件下430 ℃时效时，未见新的碳化物生成，组织与中间调整处理组织相似，未见明显变化。470 ℃时效时，均可明显看到在位错处有时效相析出(图1a)，但因析出相十分细小，无法通过电子衍射确定其具体结构，但基体的衍射斑点出现星芒特征，表明析出相与基体共格，仔细观察还可以发现存在应变场衬度相。在520 ℃时效时，时效相开始长大，在560 ℃时效时，时效相已开始脱溶(图1b)。对已经长大的时效相进行电子衍射分析，其主要相为ε-Cu相、NbC、Mo

2

C

和M

23C

6

等，两种工艺条件下，时效相的种类未见明显变化，同时基体开

始回复再结晶。在620 ℃时效时，时效相已完全脱溶，但尺寸仍十分细小，基体也已完全再结晶。

图1 Fv520(B)钢时效组织TEM 形貌

(a) 470 ℃位错析出(一步工艺)； (b) 560 ℃时效相(两步工艺)；(c)

620 ℃残余奥氏体(两步工艺)

Fig.1 TEM morphology of structure of steel Fv520(B) aged (a) Precipitation in dislocation at 470°C (one step process); (b) Aging phases at 560°C (two step process ); (c) Res idual austenite

(two step)

Fv520(B)钢时效硬化相主要为富铜相(ε-Cu)。由于铜、铁电负性相差较大，铜在α-Fe 中的溶解度极低，极易析出。文献［2］在17-4PH 钢中采用电阻法得出沉淀没有孕育期，沉淀激活能极低。但在电镜下对Fv520(B)钢富铜相早期沉淀析出过程分析比较困难，原因是Fe 、Cu 对电子的原子散射振幅很接近，因而富铜相与基体散射强度差别很小，Fe 、Cu 原子尺寸差别不大，早期沉淀晶畸变很小形成应变场衬度较弱［3］。470 ℃时效，观察到极弱的应变衬度相，表明富铜相已开始析出，且与基体保持共格关系，具有极大的分散度，同时M 2C 、NbC 、M 23C 6等碳化物

析出尺寸也非常细小，具有最大的强化效果，因此，该钢在470 ℃左右时效时得到最大的强化。温度升高，时效相开始长大，硬度下降。 TEM 分析还发现在520 ℃以上时效时，奥氏体量增多，这表明在时效过程中伴随着逆变奥氏体生成的过程，逆变奥氏体主要在马氏体板条界及原奥氏体晶界上形成(图1c)。由于逆变奥氏体是由马氏体通过切变机制所形成的，保持了原马氏体的成分，因此其稳定性极高，在随后的

冷却过程中很难发生转变［4］，即以残余奥氏体的形式保留下来，导致室

温残余奥氏体数量增多。X 射线定量分析表明520 ℃以上时效时，随时效温度升高，残余奥氏体量增加，分别在560 ℃和620 ℃时，达到极大值。

2.2 电化学腐蚀行为

Fv520(B)钢在0.5 mol H 2SO 4溶液中的极化曲线如图2所示，曲线明

显分为4个不同区域：活性溶解区(a-b)；活化-钝化区(b-c)；稳定钝化区(c-d)；过钝化区(d-e)。由曲线可以看出该钢在0.5 mol H 2SO 4溶液中具有较小的临界钝化电流密度I C 维钝电流密度I pass 、较宽的稳定钝化区、