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热处理及Mo、Nb含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢组织和性能的影响

发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新时间：2016-01-26

研究了Nb含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢轧制态样品退火处理后再结晶晶粒尺寸的影响。同时通过时效处理和固溶处理工艺的设计研究了Mo含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢基体内金属间化合物的析出和固溶的影响规律。

与传统户外建筑用材相比，不锈钢材料具有寿命长、轻质、耐蚀性强、维护成本低和外表美观等优点，已经在国内外许多大型现代化建筑中得到了广泛的应用。在种类众多的建筑用不锈钢覆面材料中，资源节约型的Cr-Mo铁素体不锈钢比传统的Cr-Ni奥氏体不锈钢具有更低的成本。同时通过Cr元素含量的提高以及一定量的Mo合金化，使其具有优于奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。

本工作研究了Nb含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢轧制态样品退火处理后再结晶晶粒尺寸的影响。同时通过时效处理和固溶处理工艺的设计研究了Mo含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢基体内金属间化合物的析出和固溶的影响规律。另一方面，针对室温冲击性能、硬度、韧脆性转变温度等关键力学性能进行研究，主要目的是探索成分、组织对此类户外建筑用铁素体不锈钢覆面板材使用性能的影响。

精选了冶炼原材料以严格控制钢中的C、N间隙元素总含量。通过真空感应熔炼的方法制备了不同Mo、Nb元素含量的试验钢共4炉。试验钢铸锭经过锻造开坯和热轧工序（表1）加工成厚度为5.5mm的板材以备后续力学性能和微观形貌分析所用。

表1 试验钢锻造开坯和热轧过程主要的工艺参数

工艺名称	加热温度/℃	加热时间/min	形变开始温度/℃	形变终止温度/℃
锻造	1080～1120	120	1050	900
热轧	1050	30	1020	700

使用Olympus GX-51光学显微镜、Hitachi S-4300冷场发射扫描电镜（二次电子像模式和背散射电子像模式）及Genesis 6.0能谱系统观察和分析了试验钢的微观形貌和化学成分（表2）。通过HB3000-C硬度仪测试了试验钢样品的宏观硬度，在JBN300-B型冲击试验机上通过夏比V缺口检验方法测试了试验钢的室温冲击性能（表2）。

表2 不同Nb含量的试验钢成分（质量分数，%）及退火制度和退火后的晶粒尺寸

试验钢号	Cr	Mo	C	N	Nb	退火工艺一	平均晶粒尺寸/μm	退火工艺二	平均晶粒尺寸/μm
1	22.08	1.87	0.0085	0.012	-	950℃×5min，WQ	120	950℃×5min，WQ	450
2	21.97	1.92	0.0075	0.016	0.052		60		150
3	22.21	1.89	0.0061	0.018	0.112		50		80

结果表明：

（1）在试验钢中加入约0.112wt%的Nb可以有效抑制长时间退火处理后再结晶晶粒长大。

（2）1000℃固溶处理5min可以完全去除Mo含量低于2.0wt%的试验钢样品中的Fe-Cr（σ相）和Fe-Cr-Mo（χ相）金属间化合物析出相。

（3）700℃是铁素体基体中的σ相最为敏感的析出温度，而800℃是χ相最为敏感的析出温度，在该温度区间停留1h后产生的Fe-Cr（σ相）和Fe-Cr-Mo（χ相）金属间化合物相体积分数可达15%以上。

（4）不充分的固溶处理后残留的金属间化合物相颗粒会严重恶化试验钢的室温冲击性能。

（5）过高的热处理温度导致试验钢热轧退火板再结晶晶粒尺寸增大，进一步导致板材的韧脆转变温度由-75℃上升至-25℃，使材料在低温应用中脆性开裂的潜在风险提高。

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