利用光學(xué)金相顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡及顯微硬度計(jì)等現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)研究了不同熱處理工藝對(duì)17-4PH沉淀硬化馬氏體不銹鋼顯微組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:在固溶處理后進(jìn)行480℃時(shí)效處理時(shí),材料強(qiáng)度和硬度得到提高,但是塑性有所下降。而當(dāng)時(shí)效溫度升高到620℃,材料的強(qiáng)度和硬度降低而塑性增強(qiáng)。在480℃時(shí)效處理前進(jìn)行780℃調(diào)整處理后,可以使合金得到良好的綜合力學(xué)性能。因此在本試驗(yàn)條件下,17-4PH鋼較好熱處理工藝為在1050℃固溶處理后,*行780℃調(diào)整處理,再進(jìn)行480℃時(shí)效處理。
17-4PH沉淀硬化不銹鋼作為反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)材料，被西方大國(guó)如美國(guó)和法國(guó)廣泛應(yīng)用于PWR等核電站的閥桿等部件。這主要是由于其具有良好的機(jī)械性能、杰出的高溫性能，簡(jiǎn)單的熱處理工藝和對(duì)一回路高溫水的良好耐腐蝕性。但是隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)，高強(qiáng)度的17-4PH不銹鋼將可能產(chǎn)生熱時(shí)效脆化。穩(wěn)壓器頂部的安全閥閥桿因處于較高的工作溫度區(qū)（350℃左右），17-4PH不銹鋼閥桿熱時(shí)效脆化損傷就更加嚴(yán)重。所以，研究17-4PH不銹鋼的熱時(shí)效脆化是必要的。基于17-4PH不銹鋼在核反應(yīng)堆中的服役條件，本文采用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、電子探針（EPMA）、差熱分析（DTA）等測(cè)試分析手段，借助固態(tài)金屬中的擴(kuò)散與相變，熱力學(xué)等理論對(duì)17-4PH不銹鋼回火處理、時(shí)效處理過(guò)程中的固態(tài)相變、硬化行為及其對(duì)耐磨性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。對(duì)17-4PH不銹鋼在1040℃固溶處理后進(jìn)行了350-595℃的回火處理，該鋼在一定的溫度和時(shí)間會(huì)達(dá)到不銹鋼的峰值硬度，在隨后的保溫過(guò)程中，不銹鋼的硬度下降。通過(guò)XRD和TEM觀測(cè)分析了17-4PH不銹鋼在595℃保溫過(guò)程中的相變，在保溫過(guò)程中，板條狀馬氏體基體變化不大，但在馬氏體內(nèi)部析出大量的和基體有取向關(guān)系的ε-Cu顆粒，其取向關(guān)系為：（101）M∥（111）Cu，[111]M∥[110]Cu.并且由馬氏體基體內(nèi)部析出和馬氏體有（101）M∥（511）c，[111]M∥[149]C．取向的纖維狀的二次碳化物M23C6。由熱力學(xué)計(jì)算出17-4PH不銹鋼中ε-Cu形核驅(qū)動(dòng)力△Gm=-13226.2J／mol。并求出不銹鋼在中溫回火處理過(guò)程中ε-Cu顆粒析出的激活能為137.8KJ／mol。細(xì)小共格的ε-Cu相的彌散析出和少量和基體有取向關(guān)系的M23C6在馬氏體內(nèi)析出，使其達(dá)到峰值硬度。在隨后的保溫過(guò)程中，主要的硬化相ε-Cu相發(fā)生Ostwald熟化，顆粒體積長(zhǎng)大，由于碳化物的析出，馬氏體基體的含碳量下降，導(dǎo)致了馬氏體基體的硬度的下降。17-4PH不銹鋼在350℃時(shí)效6個(gè)月后，spinodal分解開(kāi)始沿晶界進(jìn)行，其形貌為黑白相間的層片狀組織，其方向?yàn)槠叫杏诰Ы绲姆ň€方向還有少量的逆變奧氏體產(chǎn)生。在350℃時(shí)效15個(gè)月后，spinodal分解進(jìn)行較充分，逐漸由晶界發(fā)生轉(zhuǎn)向晶內(nèi)；基體中析出有嚴(yán)格取向的細(xì)小的G相，它和ε-Cu的取向關(guān)系為：（111）G∥（111）ε-Cu，[011]G∥[011]ε-Cu，，此外基體中還析出層片狀的σ相并有17％的逆變奧氏體產(chǎn)生。17-4PH不銹鋼在中溫長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中，其機(jī)械性能會(huì)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化：不銹鋼的動(dòng)態(tài)斷裂韌性隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)呈指數(shù)衰減形式下降，產(chǎn)生時(shí)效脆化；其拉伸強(qiáng)度隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，時(shí)效溫度越高，強(qiáng)度增量越大；同時(shí)，該鋼的延伸率和斷面收縮率降低。17-4PH不銹鋼在中溫長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中，其耐蝕性隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。其主要原因是不銹鋼在長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中析出了大量的第二相，這些第二相與基體之間存在電位差，降低了不銹鋼的耐蝕性。鹽浴滲氮處理后，17-4PH不銹鋼滲層中主要物相為含擴(kuò)展（含氮）馬氏體、CrN，F(xiàn)e4N，以及Fe3O4。并且處理溫度越高，不銹鋼滲氮層中形成的Fe3O4以及CrN含量越多。含氮馬氏體的晶格常數(shù)隨氮化處理溫度的提高而上升，該鋼在鹽浴滲氮中的激活能為190.9kJ／mol。17-4PH不銹鋼進(jìn)行鹽浴滲氮處理后，能得到較厚的滲氮層，處理溫度越高，滲氮層越厚。其滑動(dòng)磨損量大大下降，即由H1100狀態(tài)時(shí)的21.1mg降低到580℃鹽浴滲氮處理后的1.0mg，但是試樣在0.5MH2SO4+1％NaCl介質(zhì)中的耐蝕性能降低。17-4PH不銹鋼在350℃和400℃進(jìn)行離子滲氮處理后，能得到10微米左右的滲氮層，這一滲氮層的硬度較高，可以大大改善耐磨性，其耐磨性和鹽浴滲氮后的耐磨性相當(dāng)。該不銹鋼在高于400℃進(jìn)行離子滲氮處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生CrN。
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