06Cr13Ni4Mo類鋼的熱處理

    一、 前言

    06Cr13Ni4Mo類鋼屬于低碳馬氏體不銹鋼，是在Cr13型馬氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上添加鎳、鉬元素并降低含碳量（一般不大于0.07%）而發(fā)展起來(lái)的優(yōu)良鋼種。

    目前主要用于核電用泵方面，制造重要的軸、殼體鍛件和水輪機(jī)葉片、葉輪等鑄件。

    在鑄件制造時(shí)會(huì)適當(dāng)加入稀土元素，其目的是凈化鋼水，降低夾雜物的含量。

    典型的鋼號(hào)有06Cr13Ni4Mo(ZG06Cr13Ni4MoRE),06Cr13Ni6Mo(ZG06Cr13Ni6MoRE)

    二、 06Cr13Ni4Mo類鋼幾個(gè)典型鋼號(hào)成分

    化學(xué)成分表（表1）

    三、 材料特性

    1. 良好的大截面力學(xué)性能，直徑400mm的軸類（鍛件）其表面至中心硬度差不會(huì)大于50HB。

    2. 奧化后風(fēng)冷、空冷均可得到馬氏體組織。

    3. 良好的靜動(dòng)態(tài)斷裂韌性和可焊性。

    4. 良好的水下疲勞性能和抗汽蝕性能。

    5. 較高的強(qiáng)度、韌性及塑性。

    6. 良好的耐腐蝕性。

    四、 組織結(jié)構(gòu)

    因?yàn)樘己秃辖鹪氐年P(guān)系，熱處理后會(huì)形成板條狀馬氏體，具有位錯(cuò)型亞結(jié)構(gòu)。亞結(jié)構(gòu)以晶體內(nèi)密度很高的位錯(cuò)為主，所以板條狀馬氏體又稱位錯(cuò)馬氏體。

    4-6%的鎳元素的加入，促進(jìn)了奧氏體的穩(wěn)定性，還減少了由于低碳和鉬元素的加入可能引起的 增加δ鐵素體的作用，降低了鋼的相變點(diǎn)。 

    因?yàn)殇摰南嘧凕c(diǎn)的降低，使鋼淬火后在略高于Ac1溫度回火會(huì)獲得保留板條馬氏體的回火索氏體的基體上分布定量的誘導(dǎo)奧氏體。

    五、 臨界溫度（近似值），℃

六、 熱處理制度

1. 06Cr13Ni4Mo類鋼的退火：

因?yàn)椴牧嫌休^強(qiáng)的自硬性，退火后即使以緩慢的速度冷卻也會(huì)有一些貝、馬存在。只有將其加熱到AC1或略高于AC1的溫度保溫（620-660℃），保溫時(shí)間以1-1.2min/mm計(jì)算，保溫后空冷或爐冷，硬度可在240-270HB之間，其組織為鐵素體和碳化物的混合物，有定量的誘導(dǎo)奧氏體存在。

對(duì)于大截面的鑄件，為減少組織成分的不均勻性，可在鑄后進(jìn)行一次擴(kuò)散退火處理。

擴(kuò)散退火溫度：1100-1120℃，充分保溫后爐冷

2. 06Cr13Ni4Mo類鋼的淬火和回火

雖然這個(gè)材料的AC3溫度不高，但為了保證合金碳化物的良好溶解和奧氏體內(nèi)成分的均勻性，淬火溫度可選擇在980-1040℃之間，這個(gè)奧化溫度即不會(huì)使晶粒有長(zhǎng)大的危險(xiǎn)，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較多的殘奧。

雖然奧氏體較為穩(wěn)定，空冷也能得到馬氏體組織，但為了保證更高的強(qiáng)韌性，一般采用油冷。對(duì)于大鍛件或結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，應(yīng)適當(dāng)控制出油溫度，防止裂紋的發(fā)生。也可采用油-空-油-空間斷淬火方法；出油溫度控制在100℃左右，淬火后及時(shí)回火。

淬火后雖然獲得了較好的塑韌性的板條狀馬氏體組織，但為了消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織，獲得需要的綜合力學(xué)性能，回火也是必不可少的。

如果回火溫度在200-300℃范圍，可得到較高的硬度和塑性、韌性，但硬度過(guò)高，應(yīng)力消除不充分，馬氏體的形態(tài)也無(wú)明顯變化。

如果在350-500℃區(qū)間回火，在強(qiáng)度、硬度、塑性無(wú)大的變化情況下，沖擊韌性下降，因?yàn)樵诖嘶鼗饻囟认拢秀t的碳化物析出，形成了脆性區(qū)。

如果回火溫度在500-600℃之間，沖擊韌性開(kāi)始回升，硬度有下降的趨勢(shì)。要想得到強(qiáng)韌性的配合，回火溫度應(yīng)在570-620℃范圍內(nèi)選擇，組織為具有板條狀馬氏體形態(tài)的回火索氏體，硬度為250-280HB。

如果繼續(xù)提高回火溫度，超過(guò)AC1溫度過(guò)多，不僅會(huì)引起板條狀組織的粗化，還可能有奧氏體轉(zhuǎn)變，這些奧氏體與誘導(dǎo)奧氏體不同，在回火冷卻過(guò)程中會(huì)發(fā)生馬氏體的轉(zhuǎn)變，引起鋼的硬度、強(qiáng)度上升，沖擊韌性的下降。

06Cr13Ni4Mo室溫力學(xué)性能（供參考）（表4）

鑄鋼件的熱處理工藝可參考06Cr13Ni4Mo,但考慮到鑄件成分、組織不均勻的特點(diǎn)，淬火溫度可以適當(dāng)提高，在1020-1070℃之間。即可保證其組織處于奧氏體狀態(tài)，晶粒也不至于粗大，可控制在4-5級(jí)范圍。如果淬火溫度過(guò)高，超過(guò)1100℃則會(huì)引起晶粒的長(zhǎng)大。3.ZG06Cr13Ni6MoRE的淬火和回火

因?yàn)殍T件的MF點(diǎn)較低，冷卻時(shí)間應(yīng)充分，以保證表面和心部組織的一致性。

冷卻方式：風(fēng)冷或空冷。

鑄件回火應(yīng)特別注意的是，由于相變點(diǎn)低，有比較多的碳化物形成元素鉻的存在，淬火組織的回火穩(wěn)定性明顯提高，所以在AC1點(diǎn)以下溫度回火，因溫度較低，不能使馬氏體充分分解，韌性不高，硬度下降不明顯，達(dá)不到回火軟化的目的。因此，這個(gè)材料的鑄件回火溫度應(yīng)高于AC1點(diǎn)的溫度，一般在580-620℃之間，得到板條馬氏體的回火索氏體，還有20%左右的誘導(dǎo)奧氏體；誘導(dǎo)奧氏體非常穩(wěn)定，在回火過(guò)程中不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變而被保留下來(lái)，增加了鋼的強(qiáng)韌性。

如果在620℃或更高溫度回火，組織中會(huì)存在一部分新生的奧氏體（和誘導(dǎo)奧氏體不同），新生奧氏體比誘導(dǎo)奧氏體穩(wěn)定性差，在回火冷卻過(guò)程中大部分會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，雖然回火溫度高了，但硬度反而上升。新生奧氏體如果有部分不發(fā)生轉(zhuǎn)變而殘留下來(lái)，這部分殘留奧氏體可能對(duì)材料的屈服強(qiáng)度產(chǎn)生積極的影響，會(huì)提高材料的屈服強(qiáng)度比，如果在回火過(guò)程中轉(zhuǎn)變成了馬氏體，對(duì)鋼的塑、韌性會(huì)有不利的作用。

所以，這類鋼可進(jìn)行二次回火。二次回火溫度可比首次回火溫度低20-30℃，在550-560℃范圍。二次回火使首次回火產(chǎn)生的馬氏體被回火，誘導(dǎo)奧氏體也會(huì)略有增加，使鋼的各方面性能達(dá)到配合。

ZG06Cr13Ni6MoRE兩次回火的效果（表5）