氮合金化對(duì)馬氏體不銹鋼組織和性能的影響

目前，我國用于制造不銹軸承的材料主要為9Cr18及9Cr18Mo，后者相比前者添加Mo以細(xì)化晶粒并提高鋼的淬透性和熱強(qiáng)性能。由于鋼中碳、鉻含量較高，使得該系列軸承鋼擁有良好的耐磨性能及一定的耐腐蝕性能。但較高的碳含量在常規(guī)熱處理過程中容易發(fā)生表面脫碳而直接影響產(chǎn)品的加工和使用。并且較高的C、Cr含量在冶煉凝固過程中極易出現(xiàn)成分偏析區(qū)而形成難以消除并分布于晶界處的富Cr型共晶碳化物，既嚴(yán)重影響軸承的性能穩(wěn)定性、表面質(zhì)量和加工精度，同時(shí)所導(dǎo)致的基體貧Cr對(duì)軸承的耐腐蝕性能具有不良影響。

氮作為比碳作用更強(qiáng)的間隙強(qiáng)化元素，更小的原子半徑使其在固溶于基體的同時(shí)還可少量溶于碳化物中，可有效地抑制合金中碳化物沿晶界大量析出，從而減少了碳化物與合金基體間的適配度及界面能；氮還能夠部分替代Ni、Mn、Mo等合金元素提高鋼的耐腐蝕性能。此外，國內(nèi)外關(guān)于高氮鋼的研究表明，由于氮元素的加入，鋼的強(qiáng)度、斷裂韌性、耐磨性能以及抗腐蝕性能等得到了有效的改善。對(duì)鋼性能的改善可歸因于氮元素在鋼中的獨(dú)特性能，氮能促進(jìn)彌散分布細(xì)小氮化物的析出，從而增強(qiáng)其耐磨性能。

新冶高科技集團(tuán)有限公司研究人員采用降碳-增氮工藝以有效提高鋼的韌性、耐磨性能及耐腐蝕性能，并開展對(duì)馬氏體不銹軸承鋼經(jīng)氮合金化前后及熱處理后的力學(xué)性能和微觀組織的研究，并探討氮元素的加入對(duì)馬氏體不銹軸承鋼性能和微觀組織影響原因。

實(shí)驗(yàn)以高氮馬氏體不銹鋼為主，并以未添加氮元素的馬氏體不銹鋼作為對(duì)比。兩種實(shí)驗(yàn)鋼除氮元素含量不同外，其他元素含量均相同。實(shí)驗(yàn)鋼采用非真空冶煉和電渣重熔制得。熔煉后的鋼錠在1100℃開始鍛造，終鍛溫度約為900℃，棒料的終鍛尺寸為60mm，隨后置于空氣中冷卻至室溫。研究結(jié)果表明：

（1）氮合金化后的馬氏體不銹鋼軸承鋼在經(jīng)過熱處理后，抗拉強(qiáng)度為2188MPa，屈服強(qiáng)度為1812MPa，硬度達(dá)到58.7HRC，比未添加氮元素的馬氏體不銹鋼分別提高了20%、26%和21%。同時(shí)，鋼的沖擊韌性沒有明顯降低，很好地滿足了軸承鋼對(duì)高強(qiáng)度、高硬度和一定韌性儲(chǔ)備的需求。

（2）氮合金化處理對(duì)馬氏體不銹鋼中碳化物的析出行為的影響較大。氮的加入能顯著減小碳化物尺寸，改善碳化物分布，同時(shí)抑制了馬氏體不銹鋼中大塊沉淀相（主要是M23C6相）的析出，降低了碳化物所占面積比例。

（3）氮元素的固溶強(qiáng)化作用和納米級(jí)碳氮化合物的沉淀強(qiáng)化是導(dǎo)致含氮馬氏體不銹鋼強(qiáng)度和硬度提升的主要原因。

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