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[摘 要]本文研究了1Cr18Ni11Si4AlTi棒材固溶温度与力学性能及显微组织的关系，并分析了冲击韧性急剧降低的原因。结果表明：在化学成分一定的情况下，固溶温度对该材料的力学性能尤其是屈服强度影响不大，显微组织中铁素体相的含量基本不随固溶温度变化；冲击韧性急剧降低的原因是试样中出现了大量的脆性σ-相。
[关键词]固溶 双相不锈钢 σ-相
中图分类号：G804 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0234-02
1Cr18Ni11Si4AlTi 是一种奥氏体-铁素体双相不锈钢，以奥氏体为主要组织成分，铁素体含量以5%～30%为好，尤以10%～20%为佳。该钢的抗拉强度，特别是屈服强度明显高于单相奥氏体钢，并具有较高的抗氧化性及耐腐蚀性。已用于发动机的安装边、空气散热器及减速箱等零件。
在应用过程中发现宝钢特钢提供的一批Φ105mm的1Cr18Ni11Si4AlTi棒材，炉号：844-0319，入厂复验时经1020℃固溶处理后测试室温拉伸屈服强度偏低（Rp0.2=410MPa），不符合GJB2294-1995（Rp0.2≥440MPa）的要求。调整固溶温度到1000℃，重做室温拉伸和纵横冲击试验，虽然屈服强度得到了大幅的提高（Rp0.2=560MPa），但是冲击韧性急剧下降（纵向由146J降到53J，横向由76J降到7.4J），不符合技术要求。为了查找冲击韧性急剧下降的原因，并摸索该批材料力学性能尤其是屈服强度与固溶温度的关系，开展了如下研究。
1 实验
冲击试样腐蚀：入厂复验时重做的试样冲击韧性急剧降低，应属异常现象，因此，将入厂复验及重做的横向冲击试样进行高倍金相组织检查对比。分别将抛光后的试样采用通常的不锈钢腐蚀剂（4g苦味酸+4ml HCl+92ml酒精）腐蚀和采用对σ-相染色的腐蚀剂（水50ml， 苛性钠85g，σ-相被染成红褐色）腐蚀。
调整固溶处理制度：试验材料为宝钢特钢提供的1Cr18Ni11Si4AlTi棒材，炉号为844-0319，规格Φ105mm，化学成分符合GJB2294-1995的要求。虽然GJB2294-1995中规定固溶温度范围为1000℃～1050℃，但考虑到GB/T1220-1992规定固溶温度范围为930℃～1050℃，因此，为了获得更加准确的室温拉伸尤其是屈服强度、冲击韧性与热处理制度的关系，在930℃～1050℃范围内共制定了9组热处理制度（保温80min，水冷）。将9组经过热处理的试样毛坯分别加工成室温纵向拉伸试样及纵、横向冲击试样各2个后，进行性能测试。
2 结果及分析
2.1 冲击试样腐蚀结果及分析
由图1和图2可以看到，冲击韧性合格试样的显微组织为奥氏体加条状分布的白亮铁素体，为奥氏体-铁素体双相不锈钢正常组织；冲击韧性不合格试样的显微组织也为奥氏体加条状分布的铁素体，但铁素体相内分布有异常的相。
由于1Cr18Ni11Si4AlTi属于高铬镍不锈钢，而高铬或高铬镍不锈钢容易出现σ-相脆化。根据资料介绍，该材料在600℃～920℃尤其在750℃～850℃温度区间停留，铁素体相中容易出现σ-相，σ-相的硬度高、脆性大，析出时伴以大的体积变化，导致钢的塑性及韧性急剧下降。因此，为了鉴别图2中铁素体内的异常相是否为σ-相，采用对σ-相染色的腐蚀剂（σ-相被染成红褐色）对试样重新腐蚀，结果发现铁素体相内的异常相呈红褐色，见图3。由此分析该异常相应为σ-相。σ-相的出现应是在试样固溶处理出炉淬火冷却操作太慢造成的。
2.2 不同固溶制度下力学性能及组织分析
由表1可以看到，在930℃～1050℃范围内固溶处理，材料的塑性及冲击韧性值远高于标准要求，并且波动范围均不大；抗拉强度满足标准要求，但是富裕度不大；屈服强度均在400MPa以上，但仍低于GJB2294-1995要求，出现了一个较高值437.2MPa，其余波动范围极小，值相差0～11.1MPa。由图4可知，在930℃～1050℃范围内固溶处理对屈服强度影响不大，没有得到明显的改善。
将9组冲击试样进行高倍金相检查，如图5和图6所示，并采用定量法测定铁素体的含量，结果在12.4%～20.1%之间，基本不随固溶温度变化。
3 结论
（1）1Cr18Ni11Si4AlTi棒材出现冲击韧性急剧降低的原因是试样中出现了大量的脆性σ-相。因此在以后遇到这类具有σ-相脆性区间的高铬或高镍铬不锈钢，固溶处理时应注意在加热保温时避免在600℃～920℃之间停留，出炉时应快速淬火，以防产生σ-相脆化。
（）1Cr18Ni11Si4AlTi钢在合金成分及热加工条件已确定的情况下，在标准规定的930℃～1050℃范围内调整固溶温度，对力学性能尤其是屈服强度没有明显的影响；显微组织中铁素体相的含量基本不随固溶温度变化。
参考文献
[1] 中国材料工程大典，第3卷.钢铁材料工程（下），第13篇 合金钢.化学工业出版社，2006年，
[2] 中国航空材料手册，第一卷.结构钢 不锈钢.中国标准出版社，2001年。
[3] 航空材料应用手册，第三卷.耐蚀抗氧化钢和合金，1996年.
[关键词]固溶 双相不锈钢 σ-相
中图分类号：G804 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0234-02
1Cr18Ni11Si4AlTi 是一种奥氏体-铁素体双相不锈钢，以奥氏体为主要组织成分，铁素体含量以5%～30%为好，尤以10%～20%为佳。该钢的抗拉强度，特别是屈服强度明显高于单相奥氏体钢，并具有较高的抗氧化性及耐腐蚀性。已用于发动机的安装边、空气散热器及减速箱等零件。
在应用过程中发现宝钢特钢提供的一批Φ105mm的1Cr18Ni11Si4AlTi棒材，炉号：844-0319，入厂复验时经1020℃固溶处理后测试室温拉伸屈服强度偏低（Rp0.2=410MPa），不符合GJB2294-1995（Rp0.2≥440MPa）的要求。调整固溶温度到1000℃，重做室温拉伸和纵横冲击试验，虽然屈服强度得到了大幅的提高（Rp0.2=560MPa），但是冲击韧性急剧下降（纵向由146J降到53J，横向由76J降到7.4J），不符合技术要求。为了查找冲击韧性急剧下降的原因，并摸索该批材料力学性能尤其是屈服强度与固溶温度的关系，开展了如下研究。
1 实验
冲击试样腐蚀：入厂复验时重做的试样冲击韧性急剧降低，应属异常现象，因此，将入厂复验及重做的横向冲击试样进行高倍金相组织检查对比。分别将抛光后的试样采用通常的不锈钢腐蚀剂（4g苦味酸+4ml HCl+92ml酒精）腐蚀和采用对σ-相染色的腐蚀剂（水50ml， 苛性钠85g，σ-相被染成红褐色）腐蚀。
调整固溶处理制度：试验材料为宝钢特钢提供的1Cr18Ni11Si4AlTi棒材，炉号为844-0319，规格Φ105mm，化学成分符合GJB2294-1995的要求。虽然GJB2294-1995中规定固溶温度范围为1000℃～1050℃，但考虑到GB/T1220-1992规定固溶温度范围为930℃～1050℃，因此，为了获得更加准确的室温拉伸尤其是屈服强度、冲击韧性与热处理制度的关系，在930℃～1050℃范围内共制定了9组热处理制度（保温80min，水冷）。将9组经过热处理的试样毛坯分别加工成室温纵向拉伸试样及纵、横向冲击试样各2个后，进行性能测试。
2 结果及分析
2.1 冲击试样腐蚀结果及分析
由图1和图2可以看到，冲击韧性合格试样的显微组织为奥氏体加条状分布的白亮铁素体，为奥氏体-铁素体双相不锈钢正常组织；冲击韧性不合格试样的显微组织也为奥氏体加条状分布的铁素体，但铁素体相内分布有异常的相。
由于1Cr18Ni11Si4AlTi属于高铬镍不锈钢，而高铬或高铬镍不锈钢容易出现σ-相脆化。根据资料介绍，该材料在600℃～920℃尤其在750℃～850℃温度区间停留，铁素体相中容易出现σ-相，σ-相的硬度高、脆性大，析出时伴以大的体积变化，导致钢的塑性及韧性急剧下降。因此，为了鉴别图2中铁素体内的异常相是否为σ-相，采用对σ-相染色的腐蚀剂（σ-相被染成红褐色）对试样重新腐蚀，结果发现铁素体相内的异常相呈红褐色，见图3。由此分析该异常相应为σ-相。σ-相的出现应是在试样固溶处理出炉淬火冷却操作太慢造成的。
2.2 不同固溶制度下力学性能及组织分析
由表1可以看到，在930℃～1050℃范围内固溶处理，材料的塑性及冲击韧性值远高于标准要求，并且波动范围均不大；抗拉强度满足标准要求，但是富裕度不大；屈服强度均在400MPa以上，但仍低于GJB2294-1995要求，出现了一个较高值437.2MPa，其余波动范围极小，值相差0～11.1MPa。由图4可知，在930℃～1050℃范围内固溶处理对屈服强度影响不大，没有得到明显的改善。
将9组冲击试样进行高倍金相检查，如图5和图6所示，并采用定量法测定铁素体的含量，结果在12.4%～20.1%之间，基本不随固溶温度变化。
3 结论
（1）1Cr18Ni11Si4AlTi棒材出现冲击韧性急剧降低的原因是试样中出现了大量的脆性σ-相。因此在以后遇到这类具有σ-相脆性区间的高铬或高镍铬不锈钢，固溶处理时应注意在加热保温时避免在600℃～920℃之间停留，出炉时应快速淬火，以防产生σ-相脆化。
（）1Cr18Ni11Si4AlTi钢在合金成分及热加工条件已确定的情况下，在标准规定的930℃～1050℃范围内调整固溶温度，对力学性能尤其是屈服强度没有明显的影响；显微组织中铁素体相的含量基本不随固溶温度变化。
参考文献
[1] 中国材料工程大典，第3卷.钢铁材料工程（下），第13篇 合金钢.化学工业出版社，2006年，
[2] 中国航空材料手册，第一卷.结构钢 不锈钢.中国标准出版社，2001年。
[3] 航空材料应用手册，第三卷.耐蚀抗氧化钢和合金，1996年.