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化学成分和热处理工艺对403不锈钢的影响

发布时间：2014-06-24

发布者：张力

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　　403（相当于中国GB/T20878《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》中的12Cr13）不锈钢属于含12%铬的马氏体型不锈钢，具有高强度、较高的中温耐热性、优良的加工性能和焊接性等，在火电、核电、风电等机械装备中有广泛的应用。随着能源工业技术的发展与建设，对紧固件提出了更高的力学性能、磁性能方面的要求。为了提高403不锈钢的强度和塑韧性以及使用要求，对化学成分和热处理工艺进行改善，取得一定的成效。

　　试验用的403不锈钢的主要化学成分如表1所示。M20*280六角头螺栓采用的热处理工艺为950～1000℃X1.5 h油冷+720～750℃X4 h油冷。

　　表1 试验用403不锈钢的主要化学成分（质量分数W,%）
                试验钢
            C
            Mn
            Si
            Cr
            Ni
            Mo
            N
        
            1#
            0.11
            0.44
            0.32
            12.30
            0.15
            0.50
            0.0043
        
            2#
            0.11
            0.45
            0.33
            12.32
            0.40
            0.31
            0.0043
        
            3#
            0.11
            0.48
            0.31
            12.27
            0.16
            0.30
            0.0330
        

　　不锈钢的基体为马氏体+少量奥氏体+不同含量的δ铁素体。随着淬火温度和回火温度的升高，钢中的颗粒状碳、氮化物的数量逐渐增多，经扫描电镜TEM测定其结构为M23C6型。

　　试验403不锈钢热处理调质后的力学性能见表2。
                试验钢
            淬火温度℃
            回火温度℃
            下屈服强度ReL/MPa
            抗拉强度
Rm/MPa
            断后伸长率A/%
            冲击试验cKV2/J
        
            1#
            950℃
            720℃
            511
            687
            23.5
            168
        
            750℃
            441
            632
            26.5
            192
        
            1000℃
            720℃
            514
            678
            21.5
            201
        
            750℃
            464
            646
            25.5
            223
        
             
2#
            950℃
            720℃
            525
            686
            23.5
            172
        
            750℃
            476
            653
            27.0
            212
        
            1000℃
            720℃
            539
            696
            23.0
            206
        
            750℃
            493
            663
            24.5
            210
        
            3#
            950℃
            720℃
            490
            669
            24.5
            225
        
            750℃
            453
            641
            27.0
            249
        
            1000℃
            720℃
            493
            666
            25.0
            217
        
            750℃
            456
            643
            27.0
            222
        

　　热处理工艺的影响在于，淬火温度越高，合金元素溶入基体越多，固溶强化越显著，而高温回火产生较多的碳化物，降低强度，增加塑韧性，减小磁感应强度。

　　为此，在403不锈钢的成分区间内进行成分控制，提高Ni含量，或添加一定量N元素，均可以有效提高不锈钢的力学性能，，增加塑韧性，提高在磁场中的磁感应强度。

　　Ni元素含量和添加一定量N元素，对力学性能、磁性能的提高的机理和作用有所不同，针对不同的使用要求，可以有侧重地选用Ni和N元素进行合金化，以期达到最佳的使用效果。

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试验钢	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	N
1#	0.11	0.44	0.32	12.30	0.15	0.50	0.0043
2#	0.11	0.45	0.33	12.32	0.40	0.31	0.0043
3#	0.11	0.48	0.31	12.27	0.16	0.30	0.0330

试验钢	淬火温度℃	回火温度℃	下屈服强度ReL/MPa	抗拉强度 Rm/MPa	断后伸长率A/%	冲击试验^cKV2/J
1#	950℃	720℃	511	687	23.5	168
	950℃	750℃	441	632	26.5	192
	1000℃	720℃	514	678	21.5	201
	1000℃	750℃	464	646	25.5	223
2#	950℃	720℃	525	686	23.5	172
	950℃	750℃	476	653	27.0	212
	1000℃	720℃	539	696	23.0	206
	1000℃	750℃	493	663	24.5	210
3#	950℃	720℃	490	669	24.5	225
	950℃	750℃	453	641	27.0	249
	1000℃	720℃	493	666	25.0	217
	1000℃	750℃	456	643	27.0	222