固溶处理对新型Cr18Ni10Cu3NbN奥氏体不锈钢组织和力学性能的影响

目前，由于Super304H与现有其他奥氏体不锈钢相比，真蠕变断裂强度较高、抗高温蒸汽腐蚀性能较好，成为超超临界火电机组所用钢管的首选材料之一。但Super403H钢中析出物在形状、大小、分布等方面还存在问题，其组织稳定性直接影响了高温蠕变性能和使用寿命。因此为改善超超临界火电机组用钢管的高温性能，在Super304H的基础上进行成分调整，从而得到更适合服役条件的新型合金尤为重要。有课题组科研人员采用降碳增氮的设计思路优化Super304H，得到新型Cr18Ni10Cu3NbN合金。本课题研究了固溶温度及时间对新型合金的力学性能，旨在优化该合金热轧后的固溶时间和温度，为改良实际热处理工艺和显微组织研究提供相关依据。

本试验所用Cr18Ni10Cu3NbN钢取自经真空感应炉熔炼铸造的铸锭热轧成Φ110mm钢棒，其主要化学成分（质量分数，%）为0.0216C、0.180N、17.98Cr、10.27Ni、0.310Nb、2.51Cu，余量Fe。热轧态组织为典型的单相奥氏体组织形貌，晶粒细小，大小均匀，组织内存在大量孪晶。

将钢料通过线切割加工成方块状试样和板条状拉伸试样。将制备好的试样在箱式电阻炉中分别进行1050、1100、1150和1200℃固溶处理，各温度下分别保温0.5、1、2h后，快速冷却以保留高温组织。金相试样用10%草酸电解腐蚀，采用光学显微镜和扫描电子显微镜进行显微组织观察。评定晶粒度的试样用浓硝酸电解腐蚀，按照GB/T6394-2002测定晶粒度。对金相试样进行表面硬度测试和室温拉伸性能测试。试验结果表明：

（1）固溶处理对Cr18Ni10Cu3NbN奥氏体不锈钢晶粒长大的速度和方式影响显著。在1050～1200℃固溶温度区间，温度越高，晶粒长大速度越快。1150～1200℃下随保温时间延长出现局部晶粒异常长大现象。

（2）试验钢中的球状析出物和条块状析出物均为Nb（CN）。球状析出物尺寸在10μm以下，条块状析出物尺寸在5～20μm之间。温度1150℃以上固溶处理，析出物Nb（CN）溶解明显。

（3）在相同固溶时间下提高固溶温度和在相同固溶温度下延长固溶时间，试验钢的硬度和抗拉强度均逐渐降低。

（4）经过1050～1200℃不同保温时间的固溶处理，试验钢的硬度和晶粒尺寸之间满足Hall-Petch关系。抗拉强度与d-1/2之间线性关系不明显。