06Cr13Ni4Mo類鋼的熱處理

    一、 前言

    06Cr13Ni4Mo類鋼屬于低碳馬氏體不銹鋼，是在Cr13型馬氏體不銹鋼的基礎上添加鎳、鉬元素并降低含碳量（一般不大于0.07%）而發展起來的優良鋼種。

    目前主要用于核電用泵方面，制造重要的軸、殼體鍛件和水輪機葉片、葉輪等鑄件。

    在鑄件制造時會適當加入稀土元素，其目的是凈化鋼水，降低夾雜物的含量。

    典型的鋼號有06Cr13Ni4Mo(ZG06Cr13Ni4MoRE),06Cr13Ni6Mo(ZG06Cr13Ni6MoRE)

    二、 06Cr13Ni4Mo類鋼幾個典型鋼號成分

    化學成分表（表1）

    三、 材料特性

    1. 良好的大截面力學性能，直徑400mm的軸類（鍛件）其表面至中心硬度差不會大于50HB。

    2. 奧化后風冷、空冷均可得到馬氏體組織。

    3. 良好的靜動態斷裂韌性和可焊性。

    4. 良好的水下疲勞性能和抗汽蝕性能。

    5. 較高的強度、韌性及塑性。

    6. 良好的耐腐蝕性。

    四、 組織結構

    因為碳和合金元素的關系，熱處理后會形成板條狀馬氏體，具有位錯型亞結構。亞結構以晶體內密度很高的位錯為主，所以板條狀馬氏體又稱位錯馬氏體。

    4-6%的鎳元素的加入，促進了奧氏體的穩定性，還減少了由于低碳和鉬元素的加入可能引起的 增加δ鐵素體的作用，降低了鋼的相變點。 

    因為鋼的相變點的降低，使鋼淬火后在略高于Ac1溫度回火會獲得保留板條馬氏體的回火索氏體的基體上分布定量的誘導奧氏體。

    五、 臨界溫度（近似值），℃

六、 熱處理制度

1. 06Cr13Ni4Mo類鋼的退火：

因為材料有較強的自硬性，退火后即使以緩慢的速度冷卻也會有一些貝、馬存在。只有將其加熱到AC1或略高于AC1的溫度保溫（620-660℃），保溫時間以1-1.2min/mm計算，保溫后空冷或爐冷，硬度可在240-270HB之間，其組織為鐵素體和碳化物的混合物，有定量的誘導奧氏體存在。

對于大截面的鑄件，為減少組織成分的不均勻性，可在鑄后進行一次擴散退火處理。

擴散退火溫度：1100-1120℃，充分保溫后爐冷

2. 06Cr13Ni4Mo類鋼的淬火和回火

雖然這個材料的AC3溫度不高，但為了保證合金碳化物的良好溶解和奧氏體內成分的均勻性，淬火溫度可選擇在980-1040℃之間，這個奧化溫度即不會使晶粒有長大的危險，同時也不會產生較多的殘奧。

雖然奧氏體較為穩定，空冷也能得到馬氏體組織，但為了保證更高的強韌性，一般采用油冷。對于大鍛件或結構復雜件，應適當控制出油溫度，防止裂紋的發生。也可采用油-空-油-空間斷淬火方法；出油溫度控制在100℃左右，淬火后及時回火。

淬火后雖然獲得了較好的塑韌性的板條狀馬氏體組織，但為了消除應力，穩定組織，獲得需要的綜合力學性能，回火也是必不可少的。

如果回火溫度在200-300℃范圍，可得到較高的硬度和塑性、韌性，但硬度過高，應力消除不充分，馬氏體的形態也無明顯變化。

如果在350-500℃區間回火，在強度、硬度、塑性無大的變化情況下，沖擊韌性下降，因為在此回火溫度下，有鉻的碳化物析出，形成了脆性區。

如果回火溫度在500-600℃之間，沖擊韌性開始回升，硬度有下降的趨勢。要想得到強韌性的配合，回火溫度應在570-620℃范圍內選擇，組織為具有板條狀馬氏體形態的回火索氏體，硬度為250-280HB。

如果繼續提高回火溫度，超過AC1溫度過多，不僅會引起板條狀組織的粗化，還可能有奧氏體轉變，這些奧氏體與誘導奧氏體不同，在回火冷卻過程中會發生馬氏體的轉變，引起鋼的硬度、強度上升，沖擊韌性的下降。

06Cr13Ni4Mo室溫力學性能（供參考）（表4）

鑄鋼件的熱處理工藝可參考06Cr13Ni4Mo,但考慮到鑄件成分、組織不均勻的特點，淬火溫度可以適當提高，在1020-1070℃之間。即可保證其組織處于奧氏體狀態，晶粒也不至于粗大，可控制在4-5級范圍。如果淬火溫度過高，超過1100℃則會引起晶粒的長大。3.ZG06Cr13Ni6MoRE的淬火和回火

因為鑄件的MF點較低，冷卻時間應充分，以保證表面和心部組織的一致性。

冷卻方式：風冷或空冷。

鑄件回火應特別注意的是，由于相變點低，有比較多的碳化物形成元素鉻的存在，淬火組織的回火穩定性明顯提高，所以在AC1點以下溫度回火，因溫度較低，不能使馬氏體充分分解，韌性不高，硬度下降不明顯，達不到回火軟化的目的。因此，這個材料的鑄件回火溫度應高于AC1點的溫度，一般在580-620℃之間，得到板條馬氏體的回火索氏體，還有20%左右的誘導奧氏體；誘導奧氏體非常穩定，在回火過程中不會發生轉變而被保留下來，增加了鋼的強韌性。

如果在620℃或更高溫度回火，組織中會存在一部分新生的奧氏體（和誘導奧氏體不同），新生奧氏體比誘導奧氏體穩定性差，在回火冷卻過程中大部分會發生馬氏體轉變，雖然回火溫度高了，但硬度反而上升。新生奧氏體如果有部分不發生轉變而殘留下來，這部分殘留奧氏體可能對材料的屈服強度產生積極的影響，會提高材料的屈服強度比，如果在回火過程中轉變成了馬氏體，對鋼的塑、韌性會有不利的作用。

所以，這類鋼可進行二次回火。二次回火溫度可比首次回火溫度低20-30℃，在550-560℃范圍。二次回火使首次回火產生的馬氏體被回火，誘導奧氏體也會略有增加，使鋼的各方面性能達到配合。

ZG06Cr13Ni6MoRE兩次回火的效果（表5）