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06cr13ni4mo类钢的热处理
作者:高频感应加热设备 发布日期:2018/11/26 关注次数:1062

一、 前言

06cr13ni4mo类钢属于低碳马氏体不锈钢.是在cr13型马氏体不锈钢的基础上添加镍、钼元素并降低含碳量(一般不大于0.07%)而发展起来的优良钢种。

目前主要用于核电用泵方面,制造重要的轴、壳体锻件和水轮机叶片、等铸件。

在铸件制造时会适当加入稀土元素,其目的是净化钢水,降低夹杂物的含量。

典型的钢号有06cr13ni4mo(zg06cr13ni4more),06cr13ni6mo(zg06cr13ni6more)


二、 06cr13ni4mo类钢几个典型钢号成分

化学成分表(表1)

钢号

化学成分(质量分数)%

c

si

mn

p

s

cr

mo

ni

re

06cr13ni4mo

≤0.05

0.300.60

0.50.00

≤0.03

≤0.02

12.0-14.00

0.30-0.70

3.5-4.50

-

zg06cr13ni4more

≤0.06

≤0.80

0.600.90

≤0.035

≤0.035

12.0-14.00

0.40-1.00

3.5-4.50

zg06cr13ni6more

≤0.06

≤0.80

0.600.90

≤0.035

≤0.035

12.0-14.00

0.40-1.00

5.0-6.50

适量

 

三、 材料特性

1. 良好的大截面力学性能,直径400mm的轴类(锻件)其表面至中心硬度差不会大于50hb

2. 奥化后风冷、空冷均可得到马氏体组织。

3. 良好的静动态断裂韧性和可焊性。

4. 良好的水下疲劳性能和抗汽蚀性能。

5. 较高的强度、韧性及塑性。

6. 良好的耐腐蚀性。


四、 组织结构

因为碳和合金元素的关系,热处理后会形成板条状马氏体,具有位错型亚结构。亚结构以晶体内密度很高的位错为主,所以板条状马氏体又称位错马氏体。

4-6%的镍元素的加入,促进了奥氏体的稳定性,还减少了由于低碳和钼元素的加入可能引起的增加δ铁素体的作用,了钢的相变点。 

因为钢的相变点的降低,使钢淬火后在略高于ac1温度回火会获得保留板条马氏体位向的回火索氏体的基体上分布一定量的诱导奥氏体。


五、 临界温度(近似值),

1. 06cr13ni4mo(表2)

ac1

ac3

ms

mf

550-630

810-830

220-260

145

2. zg06cr13ni6more(表3)

ac1

ac3

ms

mf

540-550

720-740

150-170

30-40

 

六、 热处理制度

1. 06cr13ni4mo类钢的退火:

因为材料有较强的自硬性,退火后即使以缓慢的速度冷却也会有一些贝、马存在。只有将其加热到ac1或略高于ac1的温度保温(620-660),保温时间以1-1.2min/mm计算,保温后空冷或炉冷,硬度可在240-270hb之间,其组织为铁素体和碳化物的混合物,有一定量的诱导奥氏体存在。

对于大截面的铸件,为减少组织成分的不均匀性,可在铸后进行一次扩散退火处理。

扩散退火温度:1100-1120℃,充分保温后炉冷

2. 06cr13ni4mo类钢的淬火和回火

虽然这个材料的ac3温度不高,但为了保证合金碳化物的良好溶解和奥氏体内成分的均匀性,淬火温度可选择在980-1040℃之间,这个奥化温度即不会使晶粒有长大的危险,同时也不会产生较多的残奥。

虽然奥氏体较为稳定,空冷也能得到马氏体组织,但为了保证更高的强韧性,一般采用油冷。对于大锻件或结构复杂件,应适当控制出油温度,防止裂纹的发生。也可采用油-空-油-空间断淬火方法;出油温度控制在100℃左右,淬火后及时回火。

淬火后虽然获得了较好的塑韧性的板条状马氏体组织,但为了,稳定组织,获得需要的综合力学性能,回火也是必不可少的。

如果回火温度在200-300℃范围,可得到较高的硬度和塑性、韧性,但硬度过高,应力消除不充分,马氏体的形态也无明显变化。

如果在350-500℃区间回火,在强度、硬度、塑性无大的变化情况下,冲击韧性下降,因为在此回火温度下,有铬的碳化物析出,形成了脆性区。

如果回火温度在500-600℃之间,冲击韧性开始回升,硬度有下降的趋势。要想得到最佳强韧性的配合,回火温度应在570-620℃范围内选择,组织为具有板条状马氏体形态的回火索氏体,硬度为250-280hb。

如果继续提高回火温度,超过ac1温度过多,不仅会引起板条状组织的粗化,还可能有奥氏体转变,这些奥氏体与诱导奥氏体不同,在回火冷却过程中会发生马氏体的转变,引起钢的硬度、强度上升,冲击韧性的下降。

06cr13ni4mo室温力学性能(供参考)(表4)

标识

rm/mpa

/mpa

a%

z%

aku2j

hbw

a

955

810

17

70

163/171/174(169)

286

b

955

845

19

70

169/173/176/(173)

303

c

785

725

22

75

207/197/199/(201)

226

d

765

650

24

75

212/223/218(218)

221

e

775

545

22

75

219/221/210(217)

220

f

810

570

20

75

218/195/212(208)

223

g

915

765

17

70

173/180/173(175)

273

h

1000

985

16

64

163/142/163(156)

282

m

780

590

22

75

221/231/209(220)

235

n

995

810

15

70

165/148/150(154)

289

t

960

845

14

64

179/174/160(171)

291

a-1020℃油冷 220℃ b-1020℃油冷 480℃ c-1020℃油冷 580℃ d-1020℃油冷 600℃ e-1020℃油冷 620℃ f-1020℃油冷 640℃ g-1020℃油冷 680℃ h-1020℃油冷 720℃ m-1020℃风冷 600℃ n-1020℃水冷 220℃ t-1050℃油冷 220℃

3.zg06cr13ni6more的淬火和回火

铸钢件的热处理工艺可参考06cr13ni4mo,但考虑到铸件成分、组织不均匀的特点,淬火温度可以适当提高,在1020-1070℃之间。即可保证其组织处于奥氏体状态,晶粒也不至于粗大,可控制在4-5级范围。如果淬火温度过高,超过1100℃则会引起晶粒的长大。

因为铸件的mf点较低,冷却时间应充分,以保证表面和心部组织的一致性。

冷却方式:风冷或空冷。

铸件回火应特别注意的是,由于相变点低,有比较多的碳化物形成元素铬的存在,淬火组织的回火稳定性明显提高,所以在ac1点以下温度回火,因温度较低,不能使马氏体充分分解,韧性不高,硬度下降不明显,达不到回火软化的目的。因此,这个材料的铸件回火温度应高于ac1点的温度,一般在580-620℃之间,得到板条马氏体位向的回火索氏体,还有20%左右的诱导奥氏体;诱导奥氏体非常稳定,在回火过程中不会发生转变而被保留下来,增加了钢的强韧性。

如果在620℃或更高温度回火,组织中会存在一部分新生的奥氏体(和诱导不同),新生奥氏体比诱导奥氏体稳定性差,在回火冷却过程中大部分会发生马氏体转变,虽然回火温度高了,但硬度反而上升。新生奥氏体如果有部分不发生转变而残留下来,这部分残留奥氏体可能对材料的屈服强度产生积极的影响,会提高材料的屈服强度比,如果在回火过程中转变成了马氏体,对钢的塑、韧性会有不利的作用。

所以,这类钢可进行二次回火。二次回火温度可比第一次回火温度低20-30℃,在550-560℃范围。二次回火使第一次回火产生的马氏体被回火,诱导奥氏体也会略有增加,使钢的各方面性能达到最佳配合。

zg06cr13ni6more两次回火的效果(表5)

淬火(℃)

回火(℃)

力学性能

(mpa

(mpa

a(%)

z(%)

(j)

hbs

 

1050±10

空冷

600±10空冷

489

836

15

37

104

262

0.59

600±10空冷

560±10空冷

593

838

18

46

110

255

0.71


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