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03Cr11Nil0Mo2Ti马氏体时效钢和12Cr2Mn2NiMoTi低碳马氏体钢
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-10-14
1前言
当今，采用节约合金的03Cr11Nil0Mo2Ti的马氏体时效钢(MCC)制造大型的零件和强度达1000～1400MPa重要用途的结构。为保证这样高的强度，规定该钢种(MCC)的回火温度(500～560℃)要比具有最大强度时的回火温度高40～60℃。在回火状态该钢种(MCC)的组织是无碳的马氏体团和Ni3Ti、Fe2Mo等金属间化合物的弥散析出物组成。这种组织在规定的强度水平下能保证高的冲击韧性值和高的抗裂性。
尽管MCC钢有优越的工艺性能，但其技术经济指标还存在一些问题，其中最主要的是价格高昂。因此，用廉价的、具有相近机械性能的钢代替MCC钢，在当今经济条件下是很迫切的。
具有如此高强度的低碳马氏体钢，在合适的综合合金化条件下，可以考虑碳含量降到0.10%～0.12%。综合合金化的效果，能保证过冷奥氏体具有高的稳定性，不仅包括“正常的”温度区域，还要包括贝氏体转变的温度区域。因此，在空气中淬火后，由这种钢制成的断面尺寸为200～500mm的制品和零件，都要形成低碳马氏体团组织。为了研究，在大生产中冶炼了03Crl1Nil0Mo2Ti马氏体时效钢和12Cr2Mn2NiMoTi低碳马氏体钢。
2研究结果及讨论
研究用钢在淬火后形成了马氏体团组织。回火温度升到440℃(包括440℃在内)不会使马氏体时效钢的细小组织产生改变。同时从370—380℃开始，观察到电阻系数急剧地下降，这证明固溶体的合金元素原子显著地贫化。就是在这个温度区间，发生了位移固定，在内裂曲线的波幅处，倾斜角的切线出现急剧的下降。分析所得的数据可以得出结论，马氏体时效钢在370—440℃温度区间回火，在基体上发生金属间化合物相的析出，可以认为这是等轴Ni3Ti相。回火温度(480—520℃)更高时，电子显微镜的分析显示出α—相内稳定、均匀地分布着六角形Ni3Ti相的析出物，长度为100μm，直径为30μm。进一步提高回火温度到560℃，会导致金属间化合物的凝聚，其尺寸也增大：长度达200μm，直径达70μm。12cr2Mn2NiMoVTi低碳马氏体钢的断口组织，一直到回火温度达400—450℃为止都不变化。按单位电阻值和尤拉模数的变化判断，固溶体的分解甚至在300—400℃回火时已经开始了。这种分解多半会造成渗碳体的非常弥散析出。550℃回火后的低碳马氏体钢，用电子显微镜分析可以显示出在渗碳体组织中会存在钒的碳化物。
研究用钢经淬火及300℃回火后高的冲击韧性水平是与淬火后形成的低碳马氏体团组织有关。回火温度提高到440—450℃时，观察到冲击韧性的下降，这是弥散的相干相析出的结果。冲击韧性的下降与微观韧性破坏机构被取代有关，这是淬火和低温回火状态下的准脆性特征。
进一步提高马氏体时效钢的回火温度，会导致相干相的破裂，并形成非相干的Ni3Ti等强化相，结果使冲击韧性提高。
12Cr2Mn2NiMoVTi钢在450—550℃温度区间回火时，冲击韧性保持在最低的水平上，同时屈服极限由1200MPa下降到1000MPa，这证明正在进行着造成脆性的过程。这样的过程多半是弥散的特殊碳化钒正在析出的过程。
3结论
(1)在300—600℃温度内回火，12Cr2Mn2NiMoVTi钢和03Crl1Ni10Mo2Ti钢机械性能的变化实际上是相同的。机械性能绝对值的差异和对应机械性能极限值的回火温度的差异，都是由钢在合金化方面的差异决定的。
(2)具有低碳马氏体团组织的钢，回火时形成的相干相析出物，在300—450℃温度区间内会在提高抗裂性的同时，降低冲击韧性。
(3)在空气中淬火后并在300℃回火的l2Cr2Mn2NiMoVTi钢，与950℃水中淬火后并在520—540℃回火的03Crl1Nil0Mo2Ti钢相比，两者的机械性能指标实际上是相同的。若按工艺性能和经济性进行比较，则12Cr2Mn2NiMoVTi钢更具优势。