時效溫度對沉淀硬化不銹鋼FV520B-S1 硬度的影響

趙曉崗，陳永龍，白 猛，徐士玉

（南通大通寶富風機有限公司，江蘇 南通 226010）

1 研究背景

沉淀硬化不銹鋼因其良好的強韌性組合一直受到材料研究工作者的關注，世界各國的材料研究者爭相研究開發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]，這種鋼被引進后一直活躍在風機行業，主要用來制造抽送含有腐蝕介質的中高速風機葉片，南通大通寶富風機有限公司在鼓風機的研制中葉輪的材質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 ℃時效[3]。為了提高FⅤ520B-S1鋼的Ms 點，降低殘余奧氏體含量，細化馬氏體晶粒，以便在時效處理后能獲得良好的力學性能，在時效處理前需要進行中間調整處理。因此要對鼓風機葉輪材質進行調整+時效處理。

設計時FⅤ520B-S1 鋼經調整+時效處理后力學性能和硬度要求如表1 所示。

表1 鼓風機葉輪材質力學性能和硬度設計要求

2 試驗

2.1 第一次熱處理試驗

調整處理是指對沉淀硬化不銹鋼、馬氏體時效鋼等在固溶化淬火后，再通過加熱、保溫來調節奧氏體的實際成分，使其中的一部分元素以化合物狀態沉淀析出，從而提高馬氏體轉變點的熱處理工藝方法。而時效處理是指由固溶化處理而得到的過飽和固溶體，在室溫下停放相當時間或加熱到某一溫度，保溫一段時間，將發生合金元素偏聚或強化相沉淀析出的工藝[4]。

查閱相關資料，將鼓風機葉輪材質FⅤ520B-S1 鋼的熱處理工藝選為760 ℃調整+520 ℃時效處理，其曲線圖如圖1 所示。

經調整+時效處理后，對試塊的硬度進行了測試，測試結果如表2 所示。

由于要求FⅤ520B-S1 鋼經調整+時效處理后的硬度值在255～294 HB 范圍之內，從表2 的數據看，經760 ℃調整+520 ℃時效處理后FⅤ520B-S1 鋼的試塊的硬度值偏高。

為了進一步判定熱處理工藝的合理性，對該組試塊又進行了力學性能試驗，試驗結果如表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試值（單位：HB）

表3 FⅤ520B-S1 鋼第一次熱處理后力學性能表

2.2 第二次熱處理試驗

從表3 和表2 中可以看出，FⅤ520B-S1 鋼經760 ℃調整+520 ℃時效處理后，硬度偏高，但力學性能良好可以達到設計要求。而對于FⅤ520B-S1 鋼，已經有學者研究發現其熱處理工藝，尤其是時效處理對其組織和拉伸力學性能有著重要的影響，隨著時效溫度的變化，經歷著不同的沉淀相析出和組織變化階段。為了降低FⅤ520B-S1 鋼經固溶+時效處理后的硬度而對其力學性能又不產生較大影響，查閱相關資料，將時效溫度從520 ℃提高到560 ℃進行了第二次熱處理試驗。

FⅤ520B-S1 鋼第二次熱處理試驗所采用的熱處理工藝為760 ℃調整+560 ℃時效處理，其曲線圖如圖2所示。

經第二次熱處理后，對第二組試塊的硬度進行了測試，測試結果如表4 所示。

從表4 數據看，經760 ℃調整+560 ℃時效處理后FⅤ520B-S1 鋼的試塊的硬度在硬度值255～294 HB 范圍之內，達到設計要求。

由于提高了時效處理的溫度，FⅤ520B-S1 鋼的力學性能也會發生變化，對第二組試塊進行了力學性能試驗，試驗結果如表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試值（單位：HB）

表5 FⅤ520B-S1 鋼第二次熱處理后力學性能表

將表5 中的數據和表1 相比較，發現FⅤ520B-S1鋼經760 ℃調整+560 ℃時效處理后，力學性能完全滿足設計要求。

3 結論

由以上實驗結果對比可以發現，不同的熱處理工藝方案對材料性能有較大影響，單純改變時效溫度材料的力學性能參數變化不大，但可以改變其硬度值，確保符合設計要求。

鼓風機葉輪材質FⅤ520B-S1 鋼經760 ℃調整+560 ℃時效處理后，其力學性能和硬度完全達到設計時要求。不改變FⅤ520B-S1 鋼調整處理工藝，將時效溫度從520 ℃提高到560 ℃，可以降低FⅤ520B-S1 鋼的硬度，而對其力學性能不產生較大的影響。