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摘 要：本文针对00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢的反复相变热处理制度对细化晶粒的作用以及时效制度对机械性能的影响进行了研究分析。该合金经标准热处理后的显微组织为马氏 体+析出相;经过一次固溶固溶处理，该合金晶粒大小并未发生明显变化，经过三次固溶处理后可以达到晶粒均匀并细化的目的;随着时效时间的延长，合金的机械性能有所提高。
关键词：马氏体时效不锈钢;晶粒度;固溶处理
1前言
自50年代以来， 各国的材料工作者们开发出许多种不同牌号的马氏体时效钢， 其中使用最广泛的是18Ni 系列合金， 自其研制成功以来， 由于其优异的强韧性能配合， 故而受到各国材料工作者的极大重视， 对其强韧化机理进行了较多的研究。其中细晶强化作为能提高马氏体时效钢的强度、 塑性和韧性的方法为大家广泛接受。目前，相关研究人员利用马氏体组织在加热向奥氏体逆转变时发生相变冷作硬化再结晶的特点，无需塑性变形的情况下， 有效地使奥氏体晶粒充分细化，在相同的时效规程下，大幅度地提高了00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢的强度和塑性[1]。
本文应工厂实际应用需要，结合原材料厂家提供的原材料，通过不同热处理下金相组织观察及机械性能的对比， 对00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体不锈钢进行了固溶处理细化晶粒工艺的研究。
2 00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢简介
2.1合金元素的含量
00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢的化学成分要求及本文选用的实验材料成分检测结果见表1。从表1中可以看出，这种钢是含镍、钴高的微碳时效硬化马氏体钢。
2.2 机械性能及应用
馬氏体时效不锈钢具有比强度大、 屈强比高、强韧兼备、弹性性能优异、耐蚀性和热稳定性好、热处理规范简便、加工成型性及焊接性能优良等优点， 具有良好的发展前景。将高强度马氏体时效不锈钢发展至超高强度，同时具有良好的塑韧性。随着中国航空、航天事业的飞速发展， 对高强度材料有了更高的要求， 超高强度的马氏体时效不锈钢以其优异的强韧性配合及良好的耐蚀性能迅速成为航空、航天、海洋等高科技领域的机翼大梁、舰载飞机起落架、潜艇动力装置等承力耐蚀（ 或高温）部件的首选材料。在我公司与供应商的技术协议中，机械性能要求如表2所示。
3细化晶粒工艺的选择
3.1循环相变细化晶粒的基本原理
循环相变细化晶粒过程中， 18Ni马氏体时效钢试样经历马氏体奥氏体的反复转变，马氏体相变是一种切变型相变，其特征是由于切变过程在马氏体组织中产生大量微观缺陷， 其中包括位错、孪晶、层错等。 这些微观缺陷在马氏体向奥氏体逆转变的过程中会被继承。 这些微观缺陷的存在增加了材料的储存能，而再结晶主要是在能量较高的位置成核长大的过程，再结晶晶粒就是首先在能量较高的晶界处成核的。经过再结晶处理后的试样板条碎化， 其位错密度比经固溶处理试样的位错密度有明显提高， 而经二次循环相变再结晶处理后试样其位错密度比经一次再结晶处理的位错密度又有提高，但这种增加并非总是无限地进行， 当位错密度增加到一定程度时， 即使继续增加循环再结晶的次数， 位错密度也不再提高。
3.2 再结晶温度的确定
采用高温固溶低碳马氏体相变强化和时效强化效应叠加是使马氏体时效不锈钢具有超高的强度优异的综合性能的重要手段，细化晶粒对同时提高马氏体时效不锈钢强度、 韧性、 塑性具有独特作用， 方法有固溶处理细化晶粒和形变处理细化晶粒等， 形变处理工艺容易产生织构， 使钢的性能具有方向性， 影响材料在高科技产品上的应用;而循环相变热处理细化晶粒利用了原奥氏体晶粒的再结晶特点， 在无塑性变形的情况下， 有效地使奥氏体晶粒充分细化。
在 750 ℃保温2 min， 在晶界处出现少量细小再结晶晶粒。在800℃保温时晶界处已经存在较多的再结晶晶粒，到850℃时， 再结晶已经进行得比较充分， 原始奥氏体晶界消失， 部分再结晶晶粒开始长大， 晶粒很不均匀。当温度增加到 900℃时， 再结晶晶粒已经普遍长大。可以认为，18Ni马氏体时效钢经高温固溶处理后的再结晶温度为750℃左右[2]。
3.3 一次固溶处理对晶粒度的影响
固溶处理制度为：820±14℃，保温1小时，空冷。从金相观看对比可以看出，在厂家交付状态下经过一次固溶处理后，该材料的晶粒显示方面只是晶界与处理之前相比较为清晰，同时在电解腐蚀过程中也较为容易。但是，相比较来看，一次固溶处理并未达到细化晶粒的目的。
3.4 时效制度对材料机械性能的影响
该材料的热处理制度为：950±5℃保温30分钟（水冷）+900±5℃保温30分钟（水冷）+900±5℃保温30分钟（水冷）+480±5℃，保温3-6小时，时效时间选定为4h和6h。时效时间为4h时，材料性能不满足要求，时效时间为6h时，材料性能满足要求，其机械性能随着时效时间延长的变化，是由于在时效过程中强化相析出数量及尺寸的变化引起的。 该合金的显微组织为马氏体+析出相。在固溶时效后，合金中首先析出Ni3Ti和Fe2Mo，然后析出Ni3Mo。Ni含量少时，Ni3Ti限于晶界和板条界上。当Ni含量为18%时，晶界和板条界上发现不到Ni3Ti[2]。
4结果与分析
通过对原材料晶粒度的检验，该合金经标准热处理后的显微组织为马氏体+析出相;经过一次固溶固溶处理，该合金晶粒大小并未发生明显变化，经过三次固溶处理后可以达到晶粒均匀并细化的目的;随着时效时间的延长，合金的机械性能有所提高。
参考文献：
[1]姜越， 马氏体时效不锈钢的发展现状，《特殊钢》， 第 24 卷，第3期，2003 年 5 月.
[2]朱景川，18Ni（200） 马氏体时效钢的循环相变晶粒细化新工艺，哈尔滨工业大学，《钢铁》，第36卷，第6期，2001年6月.
作者简介：
李微（1984-），硕士研究生学历，中级工程师，主要从事普冷和热镀锌碳钢等冷轧薄板材料的技术质量管理工作。
关键词：马氏体时效不锈钢;晶粒度;固溶处理
1前言
自50年代以来， 各国的材料工作者们开发出许多种不同牌号的马氏体时效钢， 其中使用最广泛的是18Ni 系列合金， 自其研制成功以来， 由于其优异的强韧性能配合， 故而受到各国材料工作者的极大重视， 对其强韧化机理进行了较多的研究。其中细晶强化作为能提高马氏体时效钢的强度、 塑性和韧性的方法为大家广泛接受。目前，相关研究人员利用马氏体组织在加热向奥氏体逆转变时发生相变冷作硬化再结晶的特点，无需塑性变形的情况下， 有效地使奥氏体晶粒充分细化，在相同的时效规程下，大幅度地提高了00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢的强度和塑性[1]。
本文应工厂实际应用需要，结合原材料厂家提供的原材料，通过不同热处理下金相组织观察及机械性能的对比， 对00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体不锈钢进行了固溶处理细化晶粒工艺的研究。
2 00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢简介
2.1合金元素的含量
00Ni18Co8Mo5TiAl马氏体时效钢的化学成分要求及本文选用的实验材料成分检测结果见表1。从表1中可以看出，这种钢是含镍、钴高的微碳时效硬化马氏体钢。
2.2 机械性能及应用
馬氏体时效不锈钢具有比强度大、 屈强比高、强韧兼备、弹性性能优异、耐蚀性和热稳定性好、热处理规范简便、加工成型性及焊接性能优良等优点， 具有良好的发展前景。将高强度马氏体时效不锈钢发展至超高强度，同时具有良好的塑韧性。随着中国航空、航天事业的飞速发展， 对高强度材料有了更高的要求， 超高强度的马氏体时效不锈钢以其优异的强韧性配合及良好的耐蚀性能迅速成为航空、航天、海洋等高科技领域的机翼大梁、舰载飞机起落架、潜艇动力装置等承力耐蚀（ 或高温）部件的首选材料。在我公司与供应商的技术协议中，机械性能要求如表2所示。
3细化晶粒工艺的选择
3.1循环相变细化晶粒的基本原理
循环相变细化晶粒过程中， 18Ni马氏体时效钢试样经历马氏体奥氏体的反复转变，马氏体相变是一种切变型相变，其特征是由于切变过程在马氏体组织中产生大量微观缺陷， 其中包括位错、孪晶、层错等。 这些微观缺陷在马氏体向奥氏体逆转变的过程中会被继承。 这些微观缺陷的存在增加了材料的储存能，而再结晶主要是在能量较高的位置成核长大的过程，再结晶晶粒就是首先在能量较高的晶界处成核的。经过再结晶处理后的试样板条碎化， 其位错密度比经固溶处理试样的位错密度有明显提高， 而经二次循环相变再结晶处理后试样其位错密度比经一次再结晶处理的位错密度又有提高，但这种增加并非总是无限地进行， 当位错密度增加到一定程度时， 即使继续增加循环再结晶的次数， 位错密度也不再提高。
3.2 再结晶温度的确定
采用高温固溶低碳马氏体相变强化和时效强化效应叠加是使马氏体时效不锈钢具有超高的强度优异的综合性能的重要手段，细化晶粒对同时提高马氏体时效不锈钢强度、 韧性、 塑性具有独特作用， 方法有固溶处理细化晶粒和形变处理细化晶粒等， 形变处理工艺容易产生织构， 使钢的性能具有方向性， 影响材料在高科技产品上的应用;而循环相变热处理细化晶粒利用了原奥氏体晶粒的再结晶特点， 在无塑性变形的情况下， 有效地使奥氏体晶粒充分细化。
在 750 ℃保温2 min， 在晶界处出现少量细小再结晶晶粒。在800℃保温时晶界处已经存在较多的再结晶晶粒，到850℃时， 再结晶已经进行得比较充分， 原始奥氏体晶界消失， 部分再结晶晶粒开始长大， 晶粒很不均匀。当温度增加到 900℃时， 再结晶晶粒已经普遍长大。可以认为，18Ni马氏体时效钢经高温固溶处理后的再结晶温度为750℃左右[2]。
3.3 一次固溶处理对晶粒度的影响
固溶处理制度为：820±14℃，保温1小时，空冷。从金相观看对比可以看出，在厂家交付状态下经过一次固溶处理后，该材料的晶粒显示方面只是晶界与处理之前相比较为清晰，同时在电解腐蚀过程中也较为容易。但是，相比较来看，一次固溶处理并未达到细化晶粒的目的。
3.4 时效制度对材料机械性能的影响
该材料的热处理制度为：950±5℃保温30分钟（水冷）+900±5℃保温30分钟（水冷）+900±5℃保温30分钟（水冷）+480±5℃，保温3-6小时，时效时间选定为4h和6h。时效时间为4h时，材料性能不满足要求，时效时间为6h时，材料性能满足要求，其机械性能随着时效时间延长的变化，是由于在时效过程中强化相析出数量及尺寸的变化引起的。 该合金的显微组织为马氏体+析出相。在固溶时效后，合金中首先析出Ni3Ti和Fe2Mo，然后析出Ni3Mo。Ni含量少时，Ni3Ti限于晶界和板条界上。当Ni含量为18%时，晶界和板条界上发现不到Ni3Ti[2]。
4结果与分析
通过对原材料晶粒度的检验，该合金经标准热处理后的显微组织为马氏体+析出相;经过一次固溶固溶处理，该合金晶粒大小并未发生明显变化，经过三次固溶处理后可以达到晶粒均匀并细化的目的;随着时效时间的延长，合金的机械性能有所提高。
参考文献：
[1]姜越， 马氏体时效不锈钢的发展现状，《特殊钢》， 第 24 卷，第3期，2003 年 5 月.
[2]朱景川，18Ni（200） 马氏体时效钢的循环相变晶粒细化新工艺，哈尔滨工业大学，《钢铁》，第36卷，第6期，2001年6月.
作者简介：
李微（1984-），硕士研究生学历，中级工程师，主要从事普冷和热镀锌碳钢等冷轧薄板材料的技术质量管理工作。