本發(fā)明屬于金屬材料微
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種馬氏體熱強(qiáng)鋼及其晶粒顯示方法，主要適用于冶金、機(jī)械、能源、航空、航天、化工等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：馬氏體熱強(qiáng)鋼是熱強(qiáng)鋼中重要的一類，而熱強(qiáng)鋼又是耐熱鋼中重要的一類。耐熱鋼按照性能和用途可以分為熱強(qiáng)鋼、氣門鋼和抗氧化鋼(又叫抗氧化不起皮鋼)。氣門鋼又叫氣閥鋼，主要直指用于制造內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣門的鋼種。這類鋼由于工作在高溫以及具有腐蝕性氣氛的工作環(huán)境下，因此要求這類鋼具有良好的高溫強(qiáng)度、高溫硬度、抗蠕變性能以及抗煙氣腐蝕能力。氣門鋼包括馬氏體氣門鋼、奧氏體氣門鋼以及氣門合金等，常見的牌號有4Cr9Si2Mo、4Cr9Si3、21-4N、23-8N、Nimonic80A以及Inconel751等?？寡趸撌侵腹ぷ髟诟邷叵拢ǔ?000～1200℃，具有良好抗氧化性的鋼種。這類鋼工作時(shí)受力較小，但對抗氧化性要求較高，通常用于制造工業(yè)爐爐底板、吊掛、熱處理爐內(nèi)構(gòu)件、爐子傳送帶等零件，常見的牌號有1Cr25Ni20、1Cr25Ni20Si2等。熱強(qiáng)鋼是指工作在高溫下，通常為450～700℃，且具有良好的高溫強(qiáng)度、高溫持久和蠕變性能，這類鋼通常用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、軸類、機(jī)匣，汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子、葉片，鍋爐的過熱器、再熱器、高溫下工作的螺栓和彈簧以及石油加氫反應(yīng)器。熱強(qiáng)鋼按組織可以分為珠光體型熱強(qiáng)鋼、鐵素體型熱強(qiáng)鋼、馬氏體型熱強(qiáng)鋼、奧氏體型熱強(qiáng)鋼以及沉淀析出強(qiáng)化型熱強(qiáng)鋼。珠光體型熱強(qiáng)鋼最初是由低碳鋼中加入了提高熱強(qiáng)性的合金元鉬后而形成的，在低碳鋼中加入0.5％的鉬，可以使鋼的熱強(qiáng)性明顯提高，隨后便在蒸汽鍋爐上得到廣泛應(yīng)用。在鉬鋼的基礎(chǔ)上添加鉻形成了鉻鉬型熱強(qiáng)鋼。到了二十世紀(jì)60年代，國內(nèi)外研制出了多種多元低合金熱強(qiáng)鋼，其工作溫度可達(dá)600～620℃，可用于制造鍋爐的過熱器和再熱器。在熱強(qiáng)鋼中使用范圍最廣的是中高合金的馬氏體型熱強(qiáng)鋼，這種熱強(qiáng)鋼是和不銹鋼同時(shí)發(fā)展起來的。12％Cr型馬氏體熱強(qiáng)鋼是熱強(qiáng)中比較重要的一類，由于其具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能、較好的熱強(qiáng)性、耐蝕性和振動(dòng)衰減性，被廣泛用來制造汽缸密封環(huán)、高溫螺栓、轉(zhuǎn)子和鍋爐過熱器、再熱器管、燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤、葉片、壓縮機(jī)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、輪盤、低壓軸、機(jī)匣等零部件。鋼鐵行業(yè)中對材料的組織進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)有一項(xiàng)重要的指標(biāo)，晶粒度。晶粒度是指鋼鐵材料在奧氏體狀態(tài)時(shí)的晶粒尺寸大小。由于鋼鐵材料的強(qiáng)度、硬度、韌性以及塑性等都與材料內(nèi)部晶粒大小有很大的關(guān)系，所以晶粒度是評價(jià)鋼鐵材料組織特征的很重要的一項(xiàng)指標(biāo)。絕大部分鋼的奧氏體只是在高溫下才是穩(wěn)定的。因此欲測定奧氏體晶粒就得設(shè)法將高溫狀態(tài)奧氏體輪廓的痕跡在室溫下顯示出來，常用的顯示奧氏體晶粒的方法可歸納為滲入外來元素法、化學(xué)試劑腐蝕法和控制冷卻速度法3種。(1)滲入外來元素法。如滲碳法和氧化法，是利用奧氏體晶界優(yōu)先形成滲碳體和氧化亞鐵等組成物，形成網(wǎng)絡(luò)顯示出奧氏體輪廓。滲碳法一般適用于不高于0.3％c的滲碳鋼和含不高于0.6％c而含碳化物元素較多的其他類型鋼。氧化法卻適用于任何結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼。(2)化學(xué)試劑腐蝕法。鋼材經(jīng)不同溫度的淬火一回火處理后，磨光并用飽和苦味酸水溶液和新潔爾滅幾滴浸蝕能抑制馬氏體組織，促使奧氏體晶界的顯示。或者直接用鹽酸1～5mL、苦味酸(飽和的)和乙醇浸蝕，使馬氏體直接顯示出來，利用馬氏體深淺不同和顏色的差異而顯示出奧氏體的晶粒大小，此法適用于合金化程度高的能直接淬硬的鋼。(3)控制冷卻速度法。低碳鋼、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼可控制冷卻速度使鋼的奧氏體周圍先共析析出網(wǎng)狀鐵素體、網(wǎng)狀滲碳體，或使屈氏體沿晶界少量析出以顯示出奧氏體晶粒。馬氏體熱強(qiáng)鋼在臨界點(diǎn)溫度以上為奧氏體狀態(tài)，在快冷時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，由于冷卻速度較快，這樣固溶在奧氏體中的碳來不及析出，就形成了碳在奧氏體中的過飽和固溶體，也就馬氏體。形成的馬氏體板條耐腐蝕性較差，而且由于冷卻速度較快，原奧氏體晶界的碳化物來不及析出，晶界耐蝕性較好，這樣在后續(xù)的晶粒度腐蝕過程中，馬氏體板條優(yōu)先腐蝕，而晶界耐腐蝕，則晶界不易出現(xiàn)，這往往會(huì)導(dǎo)致在檢測晶粒度過程中出現(xiàn)了組織而晶粒沒有出現(xiàn)的現(xiàn)象。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種馬氏體熱強(qiáng)鋼及其晶粒度顯示方法，采用該方法可以解決檢測馬氏體熱強(qiáng)鋼晶粒度時(shí)晶界不顯現(xiàn)的問題，腐蝕時(shí)具有不用加熱腐蝕液，該方法具有操作簡單，易于掌握等特點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明的馬氏體熱強(qiáng)鋼采用真空感應(yīng)爐冶煉，形成鋼錠。其化學(xué)成分組成重量百分比為：C：0.05～0.15％，Si：≤0.7％，Mn：≤0.8％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：13.0～15.0％，Ni：4.0～4.5％，Mo：2.0～2.5％，W：3.0～4.0％，Nb：0.15～0.35％，N：0.30～0.35％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的馬氏體熱強(qiáng)鋼使用前要經(jīng)過淬火+回火處理。為了能在晶粒度腐蝕過程中清晰的顯現(xiàn)晶界，首先從淬火后的工件上切取圓柱試樣，Ф15mm×15mm。將試樣放入熱處理爐中，700～720℃加熱30～40分鐘，然后放入水中冷卻。晶粒度試樣分別在200目、500目、800目和1000目的金相砂紙上打磨后，在金相拋光機(jī)上拋光，觀察試樣表面，待試樣表面無肉眼可見劃痕以及缺陷后，進(jìn)行腐蝕。腐蝕液配比為：100ml蒸餾水，2～3g的分析純的CuCl2，7～8g的分析純的FeCl3，5～7ml的濃HNO3，3～4g的飽和苦味酸，3～4ml的白貓牌洗潔精。用棉球輕蘸腐蝕液，在試樣表面輕輕擦拭，直到試樣表面顏色變暗為止，用清水沖洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干，放在顯微鏡下進(jìn)行觀察、檢測晶粒顯示。本發(fā)明的關(guān)鍵在于：首先提供了一種性能優(yōu)良的馬氏體熱強(qiáng)鋼，其次通過采用合適的加熱工藝以及合適的腐蝕液配比，獲得了理想的晶粒顯示方法，解決了馬氏體熱強(qiáng)鋼晶粒不易顯現(xiàn)的問題，保證了材料的正常供貨。對于馬氏體鋼熱強(qiáng)而言，合金元素含量都較高，Cr含量通常都在12％以上，因?yàn)闊釓?qiáng)鋼要求高溫下具有良好的抗氧化特性，而Cr元素又是一種能夠明顯提高材料抗氧化作用的元素。同時(shí)，為了增加在高溫下的強(qiáng)度和持久、蠕變性能，在鋼中通常要加入W、Mo、Nb、Co和N等強(qiáng)化元素，這就使馬氏體熱強(qiáng)鋼的合金元素含量更高。Cr元素的增加一方面增加了抗氧化性的同時(shí)，也增加了材料的抗腐蝕性，這也是馬氏體熱強(qiáng)鋼晶粒度不易腐蝕的一個(gè)重要原因。馬氏體熱強(qiáng)鋼通常淬火溫度較高，在淬火溫度下一些合金碳化物都已充分溶解，在隨后的快速冷卻過程中，合金碳化物來不及析出，在后面的晶粒度腐蝕過程中就不容易看到晶界。而馬氏體板條不耐腐蝕，所以在顯示晶粒度過程中先顯示出了組織。本發(fā)明中采用重新加熱的方法，將試樣加熱到合金碳化物析出溫度，并保溫一段時(shí)間，讓合金碳化物充分析出，本發(fā)明鋼種的這種碳化物主要是M23C6型碳化物。本發(fā)明鋼種中的M23C6型碳化物的析出溫度為450～1050℃，并且首先在原奧氏體晶界析出，因此再經(jīng)過一次加熱處理的試樣經(jīng)過腐蝕后就很容易在晶界最先腐蝕，晶界也就能清晰的顯現(xiàn)出來了。加熱溫度不能太高，否則會(huì)引起晶粒長大，測出的晶粒度不準(zhǔn)確。同時(shí)加熱溫度也不能太低，加熱溫度低，在晶界析出的M23C6不充分，數(shù)量少，形態(tài)小，也會(huì)給腐蝕過程帶來困難。本發(fā)明中的馬氏體熱強(qiáng)鋼的最佳加熱溫度就是700～720℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：提供了一種新型的馬氏體熱強(qiáng)鋼，這種熱強(qiáng)鋼具有良好的力學(xué)性能，可以用來制造在高溫下工作的零部件；另外同時(shí)提供了一種適用此類馬氏體熱強(qiáng)鋼顯示晶粒度的方法，采用這種方法可以很好的解決馬氏體熱強(qiáng)鋼晶界不易腐蝕的問題，方便了材料的組織檢驗(yàn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中1#鋼的晶粒度照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中2#鋼的晶粒度照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中3#鋼的晶粒度照片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中4#鋼的晶粒度照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例中5#鋼的晶粒度照片。圖6為本發(fā)明實(shí)施例中6#鋼的晶粒度照片。圖7為本發(fā)明實(shí)施例對比照片(淬火后直接腐蝕，未經(jīng)再加熱)(1#鋼)。圖8為本發(fā)明實(shí)施例對比照片(淬火后直接腐蝕，未經(jīng)再加熱)(2#鋼)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合一個(gè)典型實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例中，采用1噸真空感應(yīng)爐冶煉，先后冶煉了6爐，每支鋼錠重約1噸。表1本發(fā)明實(shí)施例化學(xué)成分(wt％)冶煉的6爐馬氏體熱強(qiáng)鋼的具體成分如表1所示。6爐鋼制得的零件經(jīng)過淬火后，分別從工件上切取Ф15mm×15mm的圓柱形試樣。將試樣放入熱處理爐中，700～720℃加熱30～40分鐘，然后放入水中冷卻。這6爐鋼的試樣再加熱的溫度和時(shí)間見表2。然后這6個(gè)試樣分別在200目、500目、800目和1000目的金相砂紙上進(jìn)行打磨，在金相拋光機(jī)上拋光，觀察試樣表面，待試樣表面無肉眼可見劃痕以及缺陷后，進(jìn)行腐蝕。腐蝕液配比為：100ml蒸餾水，2～3g的分析純的CuCl2，7～8g的分析純的FeCl3，5～7ml的濃HNO3，3～4g的飽和苦味酸，3～4ml的白貓牌洗潔精。這6爐鋼的試樣采用的腐蝕液配比見表3所示。用棉球輕蘸腐蝕液，在試樣表面輕輕擦拭，直到試樣表面顏色變暗為止，用清水沖洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干，放在顯微鏡下進(jìn)行觀察、檢測。6爐鋼的晶粒度照片見圖1所示，1#鋼和2#鋼經(jīng)過淬火后，直接采用飽和苦味酸直接腐蝕后的照片見圖2。從中可見，經(jīng)過采用本發(fā)明中的方法，馬氏體熱強(qiáng)鋼的晶粒度清晰可見，而未經(jīng)過再加熱，采用傳統(tǒng)的腐蝕方法只能得到馬氏體組織照片。這6爐鋼經(jīng)淬火+回火后的力學(xué)性能見表4。表2本發(fā)明實(shí)施例試樣再加熱溫度和時(shí)間爐號加熱溫度(℃)保溫時(shí)間(分鐘)冷卻方式171030水冷271030水冷372040水冷472040水冷570040水冷670030水冷表3本發(fā)明實(shí)施例中腐蝕液配比蒸餾水(ml)CuCl2(g)FeCl3(g)濃HNO3(ml)飽和苦味酸(g)白貓牌洗潔精(ml)腐蝕液110027533腐蝕液210027634腐蝕液310038744表4本發(fā)明實(shí)施例力學(xué)性能當(dāng)前第1頁1 2 3