05Cr17Ni4Cu4Nb鋼是典型的低碳馬氏體沉淀硬化不銹鋼，屈服強(qiáng)度高穩(wěn)定，塑性好.它具有優(yōu)異的耐腐蝕性、水蝕性和良好的衰減性，可以處理成各種強(qiáng)度等級(jí)﹐廣泛應(yīng)用于核能發(fā)電、海洋平臺(tái)、造紙工業(yè)、食品工程等領(lǐng)域，是大功率汽輪機(jī)末端葉片的主要材料.

05Cr17Ni4Cu4Nb鋼熱處理一般包括固溶處理、調(diào)節(jié)處理和時(shí)效處理.逆變奧氏體在時(shí)效處理過(guò)程中產(chǎn)生.逆變奧氏體是指馬氏體在回火過(guò)程中重新形成的奧氏體溫度的開始.逆變奧氏體作為相，逆變奧氏體可以在基材的塑性變形中產(chǎn)生變形化.在相變過(guò)程中，應(yīng)力集中會(huì)產(chǎn)生釋放，產(chǎn)生的馬氏體強(qiáng)度比逆變奧氏體強(qiáng)度增加，局部增強(qiáng)變形部分，填補(bǔ)變形引起的截面積減小的影響，延緩頸部收縮，提高對(duì)稱變形能力，增強(qiáng)材料的塑性，提高材料的斷裂韌性！.然而，奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變伴隨著體積膨脹，體積膨脹約為8%，這將影響零件的尺寸穩(wěn)定性。因此，研究逆變奧氏體的形成過(guò)程及其影響因素，對(duì)于解釋馬氏體不銹鋼的強(qiáng)化機(jī)理，開發(fā)這種高強(qiáng)度不銹鋼，控制實(shí)際葉片質(zhì)量和機(jī)組安全具有重要意義.

實(shí)驗(yàn)材料為05Cr17Ni4Cu4Nb鋼，其化學(xué)成分見表1.

在05Cr17Ni4Cu4Nb鋼CCT在曲線繪制過(guò)程中，樣品采用均速加熱，均速冷卻，冷卻介質(zhì)為氮。具體熱處理方法參數(shù)見表2.

為了分析時(shí)效溫度對(duì)逆變奧氏體體積分?jǐn)?shù)的影響，對(duì)樣品進(jìn)行了1038℃固溶處理,816℃調(diào)整處理，調(diào)整不同時(shí)效的溫度﹐保溫時(shí)間為5h,冷卻介質(zhì)為氮?dú)?，冷卻速率為0.5K/s,參數(shù)見表3.

研究熱膨脹性能

按照YB/T5127-1993《鋼的臨界點(diǎn)測(cè)定法(膨脹法)》K/h升溫至1038℃,在加熱過(guò)程中，選擇斷線法來(lái)測(cè)量馬氏體向奧氏體的轉(zhuǎn)變(A。)并改變結(jié)柬溫度(Ae;),結(jié)果如圖1所示YB/T5128-1993《鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的測(cè)定方法(膨脹法)》CCT曲線，結(jié)果見圖⒉從圖1可以看出，馬氏體向奧氏體的轉(zhuǎn)變開始溫度為622℃,轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度為784℃,在冷卻過(guò)程中，奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(M.)為168℃,結(jié)束溫度(M)約為6o℃.

從圖2可以看出，當(dāng)冷卻速率足夠快時(shí)，過(guò)冷奧氏體在冷卻過(guò)程中不會(huì)發(fā)生組織變化，產(chǎn)生馬氏體。此外，隨著冷卻速度的加快，馬氏體開始向奧氏體轉(zhuǎn)變，溫度降低.當(dāng)冷卻速率足夠慢時(shí)，過(guò)冷奧氏體冷卻過(guò)程的高溫區(qū)域發(fā)生變化，部分鐵素體首先沉淀，其他部分繼續(xù)冷卻馬氏體，如圖3所示.從CCT可以獲得曲線，05Cr17Ni4Cu4Nb鋼的臨界冷卻速率約為0.10K/s.

奧氏體產(chǎn)生的影響因素

逆變奧氏體的形成機(jī)制是擴(kuò)散性變化，其位置有兩種可能性：一種是在淬火過(guò)程中殘留奧氏體上生長(zhǎng)，逆變奧氏體尺寸較大；另一種是位錯(cuò)區(qū)域，如馬氏體板條之間或原奧氏體晶界，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域Ni，C奧氏體產(chǎn)生容易擴(kuò)散的元素.逆變奧氏體與基體之間的方向關(guān)系是一致的K-S或是N-W關(guān)系.對(duì)于汽輪機(jī)的最終葉片材料05Cr17Ni4Cu4Nb就鋼而言，逆變奧氏體產(chǎn)生于及時(shí)性處理過(guò)程中。及時(shí)性處理溫度和及時(shí)性處理的絕緣時(shí)間與合金元素的擴(kuò)散有關(guān)，這對(duì)逆變奧氏體的體積分?jǐn)?shù)有影響。因此，需要單獨(dú)考慮.

溫度對(duì)逆變奧氏體體積分?jǐn)?shù)的影響

在快速變化儀器上，測(cè)量不同熱處理過(guò)程下樣品逆變奧氏體的體積分?jǐn)?shù)。結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，隨著時(shí)效性處理溫度的升高，相應(yīng)樣品的逆變奧氏體體積分?jǐn)?shù)先增加后降低.這是因?yàn)榈陀贏,(622℃)在及時(shí)性的前提下，隨著及時(shí)性處理溫度的升高，材料基材的自由度可以增加，合金元素的擴(kuò)散能力可以增強(qiáng)，容易滿足逆變奧氏體的形成條件，形成的逆變奧氏體體積可以增加.當(dāng)時(shí)效處理溫度超過(guò)A。然后，材料進(jìn)入馬氏體到奧氏體的溫度范圍，部分馬氏體在保溫過(guò)程中發(fā)生奧氏體變化，形成反向奧氏體，C，Ni奧氏體化產(chǎn)生的元素將偏聚[9]轉(zhuǎn)化為奧氏體和逆變奧氏體，并決定其過(guò)冷穩(wěn)定性.此時(shí)，轉(zhuǎn)化奧氏體和逆變奧氏體的體積分?jǐn)?shù)增加，奧氏體化元素的平均濃度降低，過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性降低，馬氏體轉(zhuǎn)化可能發(fā)生在冷卻過(guò)程中，如圖4所示M。為113℃,馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低于固溶處理(168)℃),這表明奧氏體發(fā)生了變化C，Ni奧氏體化產(chǎn)生元素的平均濃度高于基材中相應(yīng)元素的平均濃度.這種變化規(guī)律與時(shí)效處理過(guò)多的奧氏體規(guī)律一致.

(1)0Cr17Ni4Cu4Nb當(dāng)鋼限制處理的保溫時(shí)間相同時(shí)，逆變奧氏體的體積分?jǐn)?shù)隨著限制處理溫度的升高而降低.

(2)時(shí)效處理溫度為605℃隨著保溫時(shí)間的增加，逆變奧氏體的體積分?jǐn)?shù)首先增加，然后減少。奧氏體在上升階段的沉淀行為符合JMA動(dòng)力學(xué)方程.

(3)0Cr17Ni4Cu4Nb鋼逆變奧氏體在變形過(guò)程中發(fā)生了變化。變形前后逆變奧氏體體積比的對(duì)數(shù)值與實(shí)際應(yīng)變之間存在良好的線性相關(guān)性.