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研究分析1Cr13、2Cr13、3Cr13钢的退火情况

　　这三个牌号的钢是常用于制造结构件的马氏体不锈钢。在淬火后经高温回火，或获得强度、塑、韧性的较好配合。除冶金产品的棒材、板材、丝材、带材外，还被用于生产铸件和锻件。
　　　　1Cr13、2Cr13、3Cr13可采用完全退火、等温退火或低温退火。
　　（1）完全退火。钢的完全退火的加热温度一般在Ac3以上50 ～100℃，实际生产中，通常选用850～880℃。在充分保温后，采用炉冷或最大不超过50℃/h的速度冷却至600℃左右出炉空冷。
　　通过完全退火，可较好地完成组织转变过程，获得均匀的铁素体和碳化物的平衡态组织。
　　完全退火可改善钢材锻造、轧制、铸造等加工后可能存在的不良组织，并为以后淬火、回火热处理提供良好的组织保证；可以完全消除各种应力，降低硬度，便于加工。
　　锻轧态的1Cr13、2Cr13、3Cr13钢经完全退火后，硬度分别不大于150HB，180HB和210HB。
　　一些对机械性能、耐腐蚀性能要求不高的零部件可以在完全退火状态下使用。
　　（2）等温退火。等温退火是把钢加热到奥氏体化温度（一般采用850～880℃），也可以将钢材锻造或铸造后冷却到这一温度区间，充分保温，再冷却到该钢奥氏体转变最快的温度范围（俗称转变曲线的鼻子部分，为700～740℃）充分保温，使奥氏体充分转变后空冷。
　　等温退火可以起到完全退火的作用，而且比完全退火缩短了占用加热炉的时间，提高了效率。
　　在工作实践中还发现，这类马氏体不锈钢的等温退火对改善不良的锻造组织，提高淬火、回火后的力学性能，特别是提高冲击韧性有着特殊的作用。
　　由某锻造厂提供的一批泵轴，具体成分为（质量%）：C，1.10；Si，0.34；Mn，0.36；S，0.01；P，0.028；Cr，11.67；Ni，0.56；Mo，0.30；Cu，0.01。成分符合该产品泵轴的材料标准。规定力学性能为：Rm≥690 N/mm2；Rp0.2≥550 N/mm2，A≥20%，Z≥60%；Akv≥65J。
　　我们进行几次热处理，Akv平均只能过到46.4～60J，始终达不到65J的标准。经过对泵轴金相组织分析和对锻件的生产过程调查发现，锻造厂对轴料锻造过程中没有很好地控制停锻温度，停锻后采用空冷方式，后又采用960～980℃温度保温后空冷，再经700℃加热保温冷却的热处理工艺，厂方称之为锻后的正火、回火热处理。这种生产过程可能产生不良组织并影响以后淬火、回火的组织和性能。因为，根据遗传学理论，含较多有稳定奥氏体作用的合金元素的钢，由于合金元素对奥氏体的稳定作用，锻造之后的冷却过程中不能获得铁素体和碳化物的平衡组织，而会转变为针状特征鲜明的贝氏体组织或贝氏体与马氏体的混合组织，称非平衡组织。在贝氏体转变中，α相会与母相保持第二类共格关系，即在新旧两相之间存在着明显的晶体学位向关系。因此，泵轴在锻造过程中可能形成的粗大、不均匀的奥氏体晶粒的外形和取向便通过粗大的和互成一定角度排列的贝氏体的非平衡组织被保留下来。
　　研究表明，钢的非平衡组织再次加热，发生奥氏体转变时，新相或能生成球形奥氏体，也可能生成针形奥氏体，或者同时生成两种奥氏体。如果转变产物以针形奥氏体为主，则在加热转变完成后，锻后得到的粗大的奥氏体晶粒组织会得到恢复并造成组织遗传。可想而知，这种具有粗大的或不均匀的奥氏体组织，经回火后，获得不均匀索氏体组织，这必将引起力学性能，特别是冲击韧性的降低。
　　基于这种分析，我们将这批泵轴重新进行了等温退火处理，获得了铁素体和碳化物的平衡组织。
　　经等温退火的泵轴再用原淬火、回火工艺处理后（（970±10）℃加热保温后油冷，（685±10）℃加热保温后油冷），力学性能完全达到技术要求，实检性能：Rm为790 N/mm2；Rp0.2为660 N/mm2；A为22%；Z为66%；Akv，三个试样分别为19.0J、74J和74J，平均为75.7J。未经等温退火的淬火、回火组织和经等温退火后的淬火、回火组织分别是图4-11和图4-12。
　　（3）低温退火。马氏体不锈钢低温退火，有的称高温回火（严格从定义上来讲和作用目的方向看，称高温回火是不准确的），是把钢加热到Ac1温度以上（有时略低于Ac1温度）至Ac3温度以下，保温后炉冷或空冷。这种退火可以使钢软化，便于加工和消除应力。对于改善组织的作用远不如完全退火和等温退火。
　　低温退火一般用于较小的铸件、锻件或以后还经淬火、回火热处理的零部件。较大的铸件、锻件及应力很大的零部件毛坯，还是采用完全退火或等温退火为好。
　　1Cr13、2Cr13、3Cr13不锈钢低温退火温度为740～780℃，如果以消除应力为主要目的，可以降低加热温度至700℃左右。保温后一般炉冷至500℃以下出炉空冷。
　　低温退火后的硬度一般高于完全退火后的硬度30～40HB，依含碳量不同，可保持在180～230HB。当然，低温退火选择的温度越高，硬度越低。1Cr13不锈钢低温退火和完全退火加热温度、保温时间与硬度的关系及低温退火与完全退火后的硬度差异。
　　Cr13型不锈钢经退火处理，对耐腐蚀性能会产生不利影响。这是因为退火组织为铁素体和以（FeCr）23C6为代表的合金碳化物。这种高铬的合金碳化物的存在会降低基体中的含铬量至低于保证耐腐蚀的11.7%的界限。另一方面，在高铬碳化物的周围会产生贫铬区，这都使Cr13型不锈钢的耐腐蚀性能降低。所以，退火状态的Cr13型不锈钢的耐腐蚀性不如淬火状态。
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资料来源：东莞市弘超铜铝有限公司
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