時(shí)效溫度對(duì)沉淀硬化不銹鋼FV520B-S1 硬度的影響

趙曉崗，陳永龍，白 猛，徐士玉

（南通大通寶富風(fēng)機(jī)有限公司，江蘇 南通 226010）

1 研究背景

沉淀硬化不銹鋼因其良好的強(qiáng)韌性組合一直受到材料研究工作者的關(guān)注，世界各國(guó)的材料研究者爭(zhēng)相研究開發(fā)新的沉淀硬化不銹鋼種。FⅤ520B-S1 鋼是一種新型低碳馬氏體沉淀硬化不銹鋼[1-2]，這種鋼被引進(jìn)后一直活躍在風(fēng)機(jī)行業(yè)，主要用來(lái)制造抽送含有腐蝕介質(zhì)的中高速風(fēng)機(jī)葉片，南通大通寶富風(fēng)機(jī)有限公司在鼓風(fēng)機(jī)的研制中葉輪的材質(zhì)采用的就是這種新型的低碳馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

由于FⅤ520B-S1 鋼板材在固溶處理后或固溶+時(shí)效處理后具有良好的加工性能，因此其供貨處理工藝一般為1 050 ℃固溶+630 ℃時(shí)效[3]。為了提高FⅤ520B-S1鋼的Ms 點(diǎn)，降低殘余奧氏體含量，細(xì)化馬氏體晶粒，以便在時(shí)效處理后能獲得良好的力學(xué)性能，在時(shí)效處理前需要進(jìn)行中間調(diào)整處理。因此要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整+時(shí)效處理。

設(shè)計(jì)時(shí)FⅤ520B-S1 鋼經(jīng)調(diào)整+時(shí)效處理后力學(xué)性能和硬度要求如表1 所示。

表1 鼓風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)力學(xué)性能和硬度設(shè)計(jì)要求

2 試驗(yàn)

2.1 第一次熱處理試驗(yàn)

調(diào)整處理是指對(duì)沉淀硬化不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼等在固溶化淬火后，再通過加熱、保溫來(lái)調(diào)節(jié)奧氏體的實(shí)際成分，使其中的一部分元素以化合物狀態(tài)沉淀析出，從而提高馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)的熱處理工藝方法。而時(shí)效處理是指由固溶化處理而得到的過飽和固溶體，在室溫下停放相當(dāng)時(shí)間或加熱到某一溫度，保溫一段時(shí)間，將發(fā)生合金元素偏聚或強(qiáng)化相沉淀析出的工藝[4]。

查閱相關(guān)資料，將鼓風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)FⅤ520B-S1 鋼的熱處理工藝選為760 ℃調(diào)整+520 ℃時(shí)效處理，其曲線圖如圖1 所示。

經(jīng)調(diào)整+時(shí)效處理后，對(duì)試塊的硬度進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

由于要求FⅤ520B-S1 鋼經(jīng)調(diào)整+時(shí)效處理后的硬度值在255～294 HB 范圍之內(nèi)，從表2 的數(shù)據(jù)看，經(jīng)760 ℃調(diào)整+520 ℃時(shí)效處理后FⅤ520B-S1 鋼的試塊的硬度值偏高。

為了進(jìn)一步判定熱處理工藝的合理性，對(duì)該組試塊又進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

圖1 FⅤ520B-S1 鋼第一次熱處理曲線圖

表2 FⅤ520B-S1 鋼第一次熱處理后硬度測(cè)試值（單位：HB）

表3 FⅤ520B-S1 鋼第一次熱處理后力學(xué)性能表

2.2 第二次熱處理試驗(yàn)

從表3 和表2 中可以看出，F(xiàn)Ⅴ520B-S1 鋼經(jīng)760 ℃調(diào)整+520 ℃時(shí)效處理后，硬度偏高，但力學(xué)性能良好可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而對(duì)于FⅤ520B-S1 鋼，已經(jīng)有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)其熱處理工藝，尤其是時(shí)效處理對(duì)其組織和拉伸力學(xué)性能有著重要的影響，隨著時(shí)效溫度的變化，經(jīng)歷著不同的沉淀相析出和組織變化階段。為了降低FⅤ520B-S1 鋼經(jīng)固溶+時(shí)效處理后的硬度而對(duì)其力學(xué)性能又不產(chǎn)生較大影響，查閱相關(guān)資料，將時(shí)效溫度從520 ℃提高到560 ℃進(jìn)行了第二次熱處理試驗(yàn)。

FⅤ520B-S1 鋼第二次熱處理試驗(yàn)所采用的熱處理工藝為760 ℃調(diào)整+560 ℃時(shí)效處理，其曲線圖如圖2所示。

經(jīng)第二次熱處理后，對(duì)第二組試塊的硬度進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

從表4 數(shù)據(jù)看，經(jīng)760 ℃調(diào)整+560 ℃時(shí)效處理后FⅤ520B-S1 鋼的試塊的硬度在硬度值255～294 HB 范圍之內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

由于提高了時(shí)效處理的溫度，F(xiàn)Ⅴ520B-S1 鋼的力學(xué)性能也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)第二組試塊進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

圖2 FⅤ520B-S1 鋼第二次熱處理曲線圖

表4 FⅤ520B-S1 鋼第二次熱處理后硬度測(cè)試值（單位：HB）

表5 FⅤ520B-S1 鋼第二次熱處理后力學(xué)性能表

將表5 中的數(shù)據(jù)和表1 相比較，發(fā)現(xiàn)FⅤ520B-S1鋼經(jīng)760 ℃調(diào)整+560 ℃時(shí)效處理后，力學(xué)性能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，不同的熱處理工藝方案對(duì)材料性能有較大影響，單純改變時(shí)效溫度材料的力學(xué)性能參數(shù)變化不大，但可以改變其硬度值，確保符合設(shè)計(jì)要求。

鼓風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)FⅤ520B-S1 鋼經(jīng)760 ℃調(diào)整+560 ℃時(shí)效處理后，其力學(xué)性能和硬度完全達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)要求。不改變FⅤ520B-S1 鋼調(diào)整處理工藝，將時(shí)效溫度從520 ℃提高到560 ℃，可以降低FⅤ520B-S1 鋼的硬度，而對(duì)其力學(xué)性能不產(chǎn)生較大的影響。