雙級時效對A705-630不銹鋼力學性能及顯微組織的影響

邵 帥，陳 煒，翁吉銘，劉業超，于廣義，郭 鵬

(沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869)

A705-630不銹鋼既具有高強度、高硬度，又具有良好的塑韌性、耐腐蝕性和加工性能，因而成為應用最為廣泛的沉淀硬化不銹鋼之一[1-5]。良好的綜合性能為設計者提供了產品穩定性高的機會、同時簡化加工工序和減少制造成本。廣泛應用于航空航天、化工、石化、食品加工、造紙及普通金屬加工業等行業。

本文以A705-630不銹鋼為研究對象，通過分析雙極時效處理對A705-630不銹鋼組織和性能的影響，以期為合理使用提供一定的試驗數據和理論依據。

1 試驗材料與方法

試驗使用的A705-630不銹鋼采用電渣重熔后經鍛造成型，規格為40 mm×40 mm×400 mm，其化學成分見表1。本次針對在相同固溶處理和一次時效處理情況下，A705-630不銹鋼的二次時效處理過程進行詳細研究。鍛件在RX3-45-12高溫箱式電阻加熱爐內進行固溶處理，工藝為在固溶處理溫度保溫1.5 h并油冷至室溫，固溶處理溫度為1040 ℃，之后進行6種不同方式的時效處理，時效處理采用RTX75-9專用低溫電阻爐，第一次時效處理工藝為固溶處理后的試樣在620 ℃內保溫3 h并空冷至室溫，第二次時效處理工藝為第一次時效后的試樣在590～640 ℃的溫度范圍內保溫3 h并空冷至室溫。然后將試樣加工成標距為50 mm，平行部分直徑12.5 mm的棒狀拉伸試樣，并在RSA250萬能試驗機上按照ASTM A370《鋼產品力學性能標準試驗方法及定義》進行拉伸試驗；沖擊試樣采用V型缺口試樣，在ZWick/Roell沖擊試驗機上按照ASTM A370《鋼產品力學性能標準試驗方法及定義》標準進行沖擊試驗；另外在Olympus GX51光學顯微鏡(OM)上進行金相顯微組織分析。

表1 A705-630不銹鋼的化學成分(質量分數，%)

2 試驗結果與分析

2.1 時效處理對A705-630不銹鋼顯微組織的影響

經過不同時效處理的A705-630不銹鋼在光學顯微鏡下的顯微組織見圖1。在進行一次固溶+時效后的組織為板條馬氏體，晶粒較粗大，如圖1(a)所示。作為對比，固溶處理后只進行一次的時效處理相當于二次時效處理溫度為0 ℃。在進行二次時效后仍然為板條馬氏體，但是晶粒有細化趨勢，晶粒細小，分布均勻，如圖1 (b)～(f)。A705-630不銹鋼在進行固溶+時效處理后，析出物在晶界處聚集，所以晶界清晰可見，并在晶界某些部位堆積，而在晶粒內只有極少量顆粒狀析出物；但在進行二次時效后，晶界處聚集的析出物明顯減少，而在晶粒內的顆粒析出物增多并且分布均勻。

(a)0 ℃；(b)590 ℃； (c)600℃；(d)620 ℃；(e)630 ℃；(f)640 ℃圖1 經過不同二次時效處理溫度的A705-630不銹鋼顯微組織Fig.1 Microstructures of A705-630 stainless steel with different treatment temperature of second aging

2.2 時效處理對A705-630不銹鋼力學性能的影響

經過不同二次時效處理的A705-630不銹鋼的力學性能見表2。由表2可以看出，在相同固溶處理和一次時效處理參數的情況下，二次時效溫度采用590 ℃的抗拉強度和屈服強度與未進行二次時效處理的抗拉強度和屈服強度相近，沒有明顯變化；另外，當A705-630不銹鋼二次時效溫度大于590 ℃時，隨著時效溫度的增加，抗拉強度和屈服強度下降，抗拉強度由980 MPa下降到640 ℃的912 MPa，屈服強度由765 MPa下降到655 MPa，但是不銹鋼的塑性、韌性和硬度變化不明顯。

表2 不同二次時效處理溫度下A705-630不銹鋼的力學性能

A705-630不銹鋼的強化機理與沉淀相的析出有關，不銹鋼的強度由強化相對位錯的作用決定，當不銹鋼固溶處理+時效處理后得到的強化相顆粒極細小彌散，分布密集，位錯線將發生堵塞，無法通過這些顆粒，不銹鋼強度得到提高。從圖1中可以看出，當不銹鋼在進行二次時效處理時，晶界的析出相逐漸減少，位錯線不再發生塞積，不銹鋼強度降低。

3 結論

1)A705-630不銹鋼經過固溶處理+時效處理得到板條馬氏體組織，經過二次時效處理后仍然為板條馬氏體，但是晶粒有細化的趨勢；

2)A705-630不銹鋼在經過二次時效處理后晶界析出相明顯減少；

3)在相同的固溶處理和一次時效處理的情況下，A705-630不銹鋼在經過590 ℃二次時效處理后的強度與未經過二次時效處理的強度未有明顯變化；

4)在相同的固溶處理和一次時效處理的情況下，A705-630不銹鋼二次時效處理在大于590 ℃時，隨著時效溫度的升高，強度下降，塑性、韌性和硬度變化不明顯。