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本论文采用激光高温共聚焦显微镜(LSCM)对超级13Cr马氏体不锈钢的组织进行动态观察,并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对显微组织的相组成和逆变奥氏体含量、形态进行研究;通过维氏硬度计测量并分析不同工艺下的性能变化规律,获得LSCM的实验工艺参数窗口,结合工艺参数窗口对超级13Cr马氏体不锈钢进行普通热处理,并对普通热处理后的超级13Cr马氏体不锈钢进行显微组织、性能分析,最终研究出满足于超级13Cr马氏体不锈钢(Super 13Cr)工业化生产的工艺参数窗口。研究结果如下:1.Super 13Cr在LSCM中进行的奥氏体化,奥氏体化温度在950℃~1050℃范围内,钢的奥氏体晶粒尺寸缓慢增加,晶粒尺寸由15.2μm到24.8μm;奥氏体化温度在1050℃~1150℃范围内,钢的奥氏体晶粒尺寸迅速增加,晶粒尺寸由24.8μm到49.5μm。在1050℃奥氏体化温度下,保温1 h,随保温时间的延长,0 min~5 min,奥氏体晶粒生长速度较快,5 min~30 min,奥氏体晶粒生长速度缓慢,30 min~60 min,局部区域出现异常大晶粒,奥氏体晶粒粗化明显。2.Super 13Cr在LSCM中进行的马氏体相变,在950℃、1050℃、1150℃奥氏体化温度下,以5℃/s冷却速率冷却,马氏体相变起始温度随奥氏体化温度的升高而升高。Super 13Cr的马氏体转变速率随奥氏体化温度升高而加快,Super 13Cr显微硬度随奥氏体化温度升高而逐渐减小。在1050℃奥氏体化温度,保温5 min,以不同冷速冷却至室温,均可得到全板条马氏体;冷却速度对马氏体相变起始温度影响较小,马氏体相变起始温度保持在180℃左右;冷速在5℃/s~20℃/s范围内,Super 13Cr显微硬度几乎不变,显微硬度值为347 Hv。Super 13Cr在LSCM中淬火的优良工艺参数窗口为1050℃奥氏体化温度,保温5 min,冷却速率5℃/s。3.Super 13Cr在LSCM中进行的回火过程,回火马氏体始终以板条的形态存在。回火温度对逆变奥氏体含量有显著的影响:当回火温度低于590℃,逆变奥氏体含量极少;逆变奥氏体含量在回火温度620℃达到最大峰值;当回火温度700℃,保温1 h,逆变奥氏体在冷却过程中切变为板条状马氏体。在620℃回火中,冷却速率0.5℃/s~10℃/s,逆变奥氏体含量先增加后减少,以1℃/s冷速冷却的Super 13Cr中逆变奥氏体含量最高为15.26%。通过EBSD观察出逆变奥氏体位于板条马氏体束或原奥氏体晶界;通过TEM观察知逆变奥氏体呈长杆状弥散分布在回火马氏体板条基体上。Super13Cr在LSCM中回火的优良工艺参数窗口为620℃回火,保温1 h,冷却速率1℃/s。4.在模拟工业化生产的普通热处理实验中,结合LSCM工艺参数窗口,研究出Super 13Cr在淬火温度1050℃,保温0.5 h,油冷,回火温度620℃,保温2 h,空冷,逆变奥氏体含量达到13.42%。在580℃~700℃回火时,随着回火温度的上升,显微硬度在回火温度620℃时达到最小值。