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无锡国劲合金有限公司
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阅读：747发布时间：2016-10-22
利用光学金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及显微硬度计等现代检测技术研究了不同热处理工艺对17-4PH沉淀硬化马氏体不锈钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:在固溶处理后进行480℃时效处理时,材料强度和硬度得到提高,但是塑性有所下降。而当时效温度升高到620℃,材料的强度和硬度降低而塑性增强。在480℃时效处理前进行780℃调整处理后,可以使合金得到良好的综合力学性能。因此在本试验条件下,17-4PH钢较好热处理工艺为在1050℃固溶处理后,*行780℃调整处理,再进行480℃时效处理。
17-4PH沉淀硬化不锈钢作为反应堆用结构材料，被西方大国如美国和法国广泛应用于PWR等核电站的阀杆等部件。这主要是由于其具有良好的机械性能、杰出的高温性能，简单的热处理工艺和对一回路高温水的良好耐腐蚀性。但是随着服役时间的延长，高强度的17-4PH不锈钢将可能产生热时效脆化。稳压器顶部的安全阀阀杆因处于较高的工作温度区（350℃左右），17-4PH不锈钢阀杆热时效脆化损伤就更加严重。所以，研究17-4PH不锈钢的热时效脆化是必要的。基于17-4PH不锈钢在核反应堆中的服役条件，本文采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子探针（EPMA）、差热分析（DTA）等测试分析手段，借助固态金属中的扩散与相变，热力学等理论对17-4PH不锈钢回火处理、时效处理过程中的固态相变、硬化行为及其对耐磨性的影响进行了系统深入的研究。对17-4PH不锈钢在1040℃固溶处理后进行了350-595℃的回火处理，该钢在一定的温度和时间会达到不锈钢的峰值硬度，在随后的保温过程中，不锈钢的硬度下降。通过XRD和TEM观测分析了17-4PH不锈钢在595℃保温过程中的相变，在保温过程中，板条状马氏体基体变化不大，但在马氏体内部析出大量的和基体有取向关系的ε-Cu颗粒，其取向关系为：（101）M∥（111）Cu，[111]M∥[110]Cu.并且由马氏体基体内部析出和马氏体有（101）M∥（511）c，[111]M∥[149]C．取向的纤维状的二次碳化物M23C6。由热力学计算出17-4PH不锈钢中ε-Cu形核驱动力△Gm=-13226.2J／mol。并求出不锈钢在中温回火处理过程中ε-Cu颗粒析出的激活能为137.8KJ／mol。细小共格的ε-Cu相的弥散析出和少量和基体有取向关系的M23C6在马氏体内析出，使其达到峰值硬度。在随后的保温过程中，主要的硬化相ε-Cu相发生Ostwald熟化，颗粒体积长大，由于碳化物的析出，马氏体基体的含碳量下降，导致了马氏体基体的硬度的下降。17-4PH不锈钢在350℃时效6个月后，spinodal分解开始沿晶界进行，其形貌为黑白相间的层片状组织，其方向为平行于晶界的法线方向还有少量的逆变奥氏体产生。在350℃时效15个月后，spinodal分解进行较充分，逐渐由晶界发生转向晶内；基体中析出有严格取向的细小的G相，它和ε-Cu的取向关系为：（111）G∥（111）ε-Cu，[011]G∥[011]ε-Cu，，此外基体中还析出层片状的σ相并有17％的逆变奥氏体产生。17-4PH不锈钢在中温长期时效过程中，其机械性能会随着时效时间的延长会发生变化：不锈钢的动态断裂韧性随时效时间的延长呈指数衰减形式下降，产生时效脆化；其拉伸强度随时效时间的延长而增加，时效温度越高，强度增量越大；同时，该钢的延伸率和断面收缩率降低。17-4PH不锈钢在中温长期时效过程中，其耐蚀性随时效时间的延长而降低。其主要原因是不锈钢在长期时效过程中析出了大量的第二相，这些第二相与基体之间存在电位差，降低了不锈钢的耐蚀性。盐浴渗氮处理后，17-4PH不锈钢渗层中主要物相为含扩展（含氮）马氏体、CrN，Fe4N，以及Fe3O4。并且处理温度越高，不锈钢渗氮层中形成的Fe3O4以及CrN含量越多。含氮马氏体的晶格常数随氮化处理温度的提高而上升，该钢在盐浴渗氮中的激活能为190.9kJ／mol。17-4PH不锈钢进行盐浴渗氮处理后，能得到较厚的渗氮层，处理温度越高，渗氮层越厚。其滑动磨损量大大下降，即由H1100状态时的21.1mg降低到580℃盐浴渗氮处理后的1.0mg，但是试样在0.5MH2SO4+1％NaCl介质中的耐蚀性能降低。17-4PH不锈钢在350℃和400℃进行离子渗氮处理后，能得到10微米左右的渗氮层，这一渗氮层的硬度较高，可以大大改善耐磨性，其耐磨性和盐浴渗氮后的耐磨性相当。该不锈钢在高于400℃进行离子渗氮处理时会产生CrN。
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