固溶与时效对0Cr21Ni6Mn9N含氮奥氏体不锈钢组织的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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0Cr21Ni6Mn9N（简称21-6-9）钢是一种用氮强化的铬镍锰系奥氏体无锡不锈钢，具有强度高、塑韧性好等优点，且可以通过以氮代镍来稳定奥氏体组织，在航空发动机油管方面具有应用潜力。21-6-9无锡不锈钢依靠氮的固溶强化作用使其屈服强度达到传统1Cr18Ni9无锡不锈钢的2倍，通过应变强化还可获得更高的强度（达到2000MPa以上）。
目前，围绕该钢的研究主要集中在氢脆及性能等方面，而对其组织的研究并不多。21-6-9无锡不锈钢管材通常采用多次冷拔加工成型，为消除加工硬化及残余应力，每两次冷拔之间需进行热处理。21-6-9不锈钢在热处理过程中易析出碳化物、σ相等，会导致其塑韧性降低，脆性增大。因此，研究21-6-9不锈钢在热处理过程中的组织变化规律对21-6-9不锈钢管成型工艺的制定具有重要意义。
试验用材料是国产冷拔21-6-9含氮奥氏体不锈钢管，规格为Φ6mm，化学成分如表1所示。将21-6-9不锈钢冷拔管切割成为Φ6mm×10mm的试样，在箱式电阻炉中采用到温进料的方式进行热处理。现将冷拔管材分3组进行1100℃固溶处理，保温时间为60min，冷却方式为水冷；然后将3组固溶后试样分别做如下处理：第1组固溶试样不做任何处理；第2组固溶试样进行650℃时效处理；第3组固溶试样进行850℃时效处理。时效时间均为60min，冷却方式为空冷。
表1 0Cr21Ni6Mn9N无锡不锈钢的化学成分（质量分数%）
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C
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Mn
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P
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S
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Si
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Ni
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Cr
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N
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≤0.045
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8.00～10.0
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≤0.035
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≤0.05
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≤1.00
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5.5～8.0
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19～21.5
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0.2～0.36
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对不同热处理的21-6-9无锡不锈钢管进行轴向镶嵌，表面磨光抛平，然后置于电解液中进行恒压电解腐蚀，在XJP-6A型光学显微镜下观察晶粒的形状、孪晶的变化及第二相的析出。采用截线法测量平均晶粒尺寸；利用D8型X射线衍射仪（XRD）测热处理过程中相组成的变化，并用Jade软件和PDF卡片的组合对析出相衍射峰进行分析。
试验结果表明：0Cr21Ni6Mn9N钢冷拔管经1100℃固溶处理后，晶粒尺寸变大，孪晶数量增多且层厚增加，晶界及晶粒均很清晰，无任何析出物；经固溶及650℃时效处理后，晶粒尺寸与固溶态的相差不大，但晶界上有大量黑色粒状M23C6相析出；经固溶及850℃时效处理后，出现大晶粒吞并小晶粒的现象，晶粒发生了二次长大，且晶界处的M23C6相数量较650℃时效的有所减少。