通過對新型奧氏體不銹鋼管00Cr18Ni10N的熱處理工藝試驗(yàn)，研究了不同固溶溫度、冷卻方式和保溫時(shí)間對其組織性能的影響。結(jié)果表明，隨著固溶溫度的升高，00Cr18Ni10N鋼晶粒變大，力學(xué)性能降低，塑性提高。隨著保溫時(shí)間的延長，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度都有所降低，斷后伸長率略有提高，沖擊韌性和斷面收縮率變化并不顯著。雖然冷卻方式對其力學(xué)性能和晶粒大小的影響并不是很明顯，但在1050℃淬火，采用水冷可以到達(dá)更好的綜合性能。因此，00Cr18Ni10N鋼采用1050℃固溶、保溫1h后水冷的熱處理工藝具有良好的組織和強(qiáng)韌性配合。

奧氏體不銹鋼管是不銹鋼管的重要組成部分，產(chǎn)量約占不銹鋼管總產(chǎn)量的65%～70%。由于它具有優(yōu)良的耐腐蝕性，較好的力學(xué)性能和加工性能，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。隨著工業(yè)應(yīng)用環(huán)境更加苛刻，傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼管面臨晶間腐蝕問題。不銹鋼管晶間腐蝕是由于在一定受熱條件下沿晶界析出Cr3C6碳化物，進(jìn)而引起晶界區(qū)域貧鉻所致，因而將鋼中的碳含量降至溶解度極限以下（C<0.03%）是解決此問題的有效途徑。隨著冶金工業(yè)新技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展的00Cr18Ni10N等超低碳奧氏體不銹鋼管，因?yàn)檩^低C含量避免了晶間腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，其耐晶間腐蝕性能好，在不同溫度和濃度的各種強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中均有良好的耐蝕性，冷變形、深沖壓、切削性、可焊性都很好，在航空領(lǐng)域的系統(tǒng)部件上得到了應(yīng)用。

奧氏體不銹鋼管的成分、變形方式和熱處理工藝等都會(huì)對微觀組織比如亞結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其力學(xué)性能。關(guān)于傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼如304、316不銹鋼板、帶材的微觀組織和力學(xué)性能的研究比較多。研究表明，固溶溫度與合金中第二相的溶解以及溶解時(shí)擴(kuò)散的速度密切相關(guān)，合適的固溶溫度不僅可以使第二相得到充分的溶解，而且可以加快難溶相的擴(kuò)散速度。溫度低、擴(kuò)散速度小，達(dá)到相同的固溶效果需要的時(shí)間就越長。但溫度過高，晶粒之間相互吞并，晶粒容易變得粗大，從而降低材料的力學(xué)性能。奧氏體不銹鋼管通過1050～1150℃的固溶處理，可以讓碳化物溶于奧氏體中，然后采用水淬快冷，將奧氏體保持到室溫下，從而提高不銹鋼管的抗晶間腐蝕性能。00Cr18Ni10N超低碳奧氏體具有較低的C含量，采用傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼管的固溶處理工藝，由于間隙原子C的減少會(huì)弱化固溶強(qiáng)化效果[7]。因此，研究超低碳不銹鋼管熱處理工藝對其組織與力學(xué)性能影響的演化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上通過合理的工藝處理使不銹鋼管具有高強(qiáng)度與塑性的良好配合具有重要意義。

本文采用超低碳奧氏體不銹鋼管00Cr18Ni10N作為實(shí)驗(yàn)材料，通過研究不同固溶溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式對該鋼的力學(xué)性能和組織的影響規(guī)律，得到最優(yōu)的熱處理工藝方案使其獲得最佳的綜合力學(xué)性能。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為00Cr18Ni10N鋼，其化學(xué)成分見表1。試驗(yàn)試件是從改鍛后的準(zhǔn)30的棒材毛坯上獲得。力學(xué)性能測試所用拉伸和沖擊試樣見圖1、圖2。試樣經(jīng)粗加工后進(jìn)行不同工藝熱處理，熱處理后精加工，最后完成力學(xué)性能測試。

1.2試驗(yàn)方法

力學(xué)試樣分別選取950、980、1000、1030、1050、1100、1200℃7個(gè)溫度，保溫1h，再分別在每個(gè)溫度進(jìn)行水冷和空冷兩種冷卻方式，來比較不同固溶溫度和不同冷卻方式對力學(xué)性能和組織的影響。然后在1000和1050℃采用5個(gè)不同的保溫時(shí)間進(jìn)行水淬，分別為10、30、60、120、240min，比較保溫時(shí)間對其力學(xué)性能和組織的影響。

1.3試驗(yàn)設(shè)備

固溶處理在臺(tái)車式電阻加熱爐（RF2-110-12/FD）中進(jìn)行，將試樣在Instron1196試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試樣直徑為10mm，標(biāo)距長度為50mm；在JB230B沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊為夏比U型缺口試樣，載荷為15N；采用A-200型硬度測量儀測量試樣的布氏硬度HB，壓頭為硬質(zhì)合金球，直徑為2.5mm，載荷砝碼為187.5kg。利用Leica DM LM型顯微鏡觀察晶粒度。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1固溶溫度和冷卻方式對鋼力學(xué)性能和組織的影響

圖3給出了不同溫度淬火對鋼的拉伸強(qiáng)度σb、屈服強(qiáng)度σ0.2、沖擊韌性Aku和硬度HB的影響。結(jié)果表明，σb、σ0.2和HB均隨著固溶溫度升高而降低，Aku先隨著固溶溫度升高而增加，980℃后隨著溫度的升高而降低。同時(shí)斷面收縮率δ和斷后伸長率ψ均稍有提高。圖4給出了不同溫度淬火后的晶粒大小，可以看出隨著固溶溫度升高，碳化物越來越多地溶解進(jìn)入奧氏體，晶粒變得粗大，從而影響了其上述力學(xué)性能。根據(jù)Hall-Petch公式：

σy=σo+κyd－1/2

其中，σy為屈服或者時(shí)彈性極限應(yīng)力，σo為真實(shí)流動(dòng)應(yīng)力，k為Hall-Petch系數(shù)，d為晶粒尺寸。晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻滯就越多，因此強(qiáng)度越高[9-10]。提高固溶溫度能加速奧氏體的形成和均勻化過程，但同時(shí)增大了碳化物、氮化物和碳氮化物在基體中的溶解度，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，淬火后，鋼中的殘余奧氏體數(shù)量就增多，從而降低了抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性和硬度，但提高了其塑性[11]。在1050℃淬火使鋼達(dá)到了最佳強(qiáng)韌性能配合。從圖4還可以看出，水冷和空冷兩種冷卻方式對其力學(xué)性能和晶粒大小的影響并不是很明顯。但在1050℃淬火，采用水冷可以到達(dá)更好的綜合性能。

2.2保溫時(shí)間對鋼力學(xué)性能的影響

從上述固溶溫度中，選取1000℃和1050℃作為實(shí)驗(yàn)溫度，對試樣分別進(jìn)行10、30、60、120、240min保溫，然后水淬。從圖5可以看出，在1000和1050℃固溶處理，隨著保溫時(shí)間的延長，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度都有所降低，斷后伸長率略有提高，沖擊韌性和斷面收縮率變化較為平緩。固溶處理保溫1h，該鋼的綜合性能較好，具有好的強(qiáng)度和塑性配合而且1050℃淬火與1000℃淬火比較，力學(xué)性能指標(biāo)相對較低，塑性指標(biāo)較好。

這也驗(yàn)證了前面得出的隨著固溶溫度升高力學(xué)性能下降、塑性提高的變化規(guī)律。保溫時(shí)間不夠長時(shí)，碳化物溶解不充分和奧氏體均勻化程度降低，淬火后得不到均質(zhì)的淬火組織，使鋼熱處理后的力學(xué)性能降低；保溫時(shí)間過長，雖然得到碳化物的充分溶解和奧氏體的均勻化，但會(huì)導(dǎo)致脫碳和奧氏體的晶粒長大，且使淬火后鋼中含有較多的殘余奧氏體。由此可知，奧氏體形成時(shí)碳化物溶解的程度和奧氏體中成分的均勻程度，對奧氏體不銹鋼管熱處理后組織與性能的影響非常大。

3結(jié)論

本文通過對新型奧氏體不銹鋼管00Cr18Ni10N不同熱處理工藝的試驗(yàn)，研究了不同固溶溫度、冷卻方式和保溫時(shí)間對其組織性能的影響，得到結(jié)論如下：

（1）隨著固溶溫度的升高，00Cr18Ni10N鋼晶粒變大，力學(xué)性能降低，塑性提高。

（2）在1050℃保溫1h后，水冷熱處理工藝下00Cr18Ni10N鋼具有良好的強(qiáng)韌性綜合性能（σb=607MPa，σ0.2=283MPa，Aku=423J，HB=158，δ=53.4%，ψ=82.9%）。

（3）固溶溫度比保溫時(shí)間和冷卻方式對00Cr18Ni10N鋼的力學(xué)性能和組織影響更加明顯。