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本文采用热力学计算软件Thermo-Calc,以瑞典热作模具钢HOTVAR的成分和性能为主要参考,通过控制各种碳化物的含量和各相转变温度,设计了新型Fe-Mo-Cr-V-Nb系热强耐蚀钢的合金成分。研究了铬、钼、铌、镍含量变化对钢中α-γ转变及各种碳化物含量变化的影响;试验研究了热处理工艺对热强耐蚀钢微观组织、力学性能、耐蚀性能的影响,确定最佳热处理工艺。利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析测试手段对新型热强耐蚀钢的微观组织进行表征,并利用万能电子拉伸机,冲击试验机对力学性能进行测试。通过平衡相图计算建立了新型热强耐蚀钢中Cr、Mo、Nb、Ni含量与奥氏体、铁素体和碳化物的含量及转变温度之间的定量关系,设计了各合金元素的含量范围,并依据平衡相图初步制定热处理工艺:奥氏体化温度约为1100℃,在560℃左右回火时,可得到马氏体+MC+M6C+M23C6+残余奥氏体的组织。研究了热处理工艺对新型热强耐蚀钢组织和硬度的影响,从而确定了该钢种的热处理工艺。结果表明,在1000℃~1200℃淬火时,晶粒尺寸随温度的升高而逐渐增大,基体组织为板条马氏体。当淬火温度高于1160℃时,晶粒出现异常长大现象。在该温度区间,淬火硬度随温度的升高而先升高后降低,总体变化范围50~56HRC,在1120℃淬火时硬度达到极大值,约为56HRC。淬火温度在1050℃~1200℃间时,试验钢的红硬性较好,变化范围在49~51HRC之间,在1080℃时红硬性最高,51HRC左右。回火工艺研究发现,试验钢经1120℃淬火后,随着回火时间的延长硬度逐渐下降,在580℃回火2~3h时出现明显的二次硬化现象;随着回火温度的升高,硬度整体呈逐渐下降的趋势。在540~600℃回火时,碳化物Cr23C6,Cr7C3,NbC,VC和Mo2C等均匀、弥散的分布在基体上。确定的最佳热处理工艺为1120℃油淬,580℃回火,回火时间为2小时。在该工艺下获得的力学性能为:拉伸强度σb 2067MPa,屈服强度σs 1568 MPa,延伸率δ10 8.1%,断面收缩率ψ17.0%,冲击功Akv 7.9J。在5.0%NaCl溶液进行失重腐蚀试验,得到腐蚀速率为0.04mm/y~0.07 mm/y;在3.5%的NaCl中进行电化学腐蚀测试,得出腐蚀速率在0.06mm/y~0.09mm/y,根据国家标准该钢种耐蚀等级为4~5级,评定结果为耐蚀。因此,该钢种在NaCl腐蚀环境中耐蚀。