HK30不銹鋼是一種應用廣泛的耐熱奧氏體不銹鋼。 其含碳量約為0.3%。 由于在鉻、鎳的基礎上添加了能量等強化元素，具有良好的耐高溫性能。 目前渦輪增壓器上的葉片多采用HK30耐熱不銹鋼。 注射成型制備HK30耐熱不銹鋼具有精度高、性能優(yōu)良等優(yōu)點，是一種很有前途的制備方法。 但是，目前在注塑HK30耐熱不銹鋼的實際燒結(jié)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)較大的晶粒。 它對材料的力學性能有著至關重要的影響。 因此，確定大晶粒對HK30耐熱不銹鋼性能的具體影響對其生產(chǎn)和應用十分重要。 以往的研究表明，晶粒尺寸對材料的力學性能有顯著影響。 李輝等人發(fā)現(xiàn)，晶粒尺寸對22Mn-13Cr-5Ni-0.25N奧氏體鋼的應變硬化率和斷裂行為有顯著影響。 杜維義4等發(fā)現(xiàn)：隨著晶粒尺寸的增大，不銹鋼管的常溫抗拉強度和高溫抗拉強度均有下降趨勢。 蔡明子[5]研究了超細304不銹鋼的晶粒長大行為和力學性能，發(fā)現(xiàn)試樣的屈服強度隨著晶粒尺寸的減小而增加。 目前關于晶粒尺寸對HK30耐熱奧氏體不銹鋼力學性能影響的文獻報道較少。 為此，筆者采用HK30不銹鋼粉末為原料，采用注塑成型工藝，在1290℃下對HK30不銹鋼進行燒結(jié)，使HK30不銹鋼在不同的保溫溫度和保溫時間下長晶，得到不同晶粒尺寸的樣品. ，研究晶粒尺寸對其力學性能的影響，研究其奧氏體晶粒長大的規(guī)律。

1 樣品制備及實驗方法 1.1 樣品制備

實驗采用本公司氣霧化生產(chǎn)的HK30不銹鋼粉為原料，原料粉的元素組成見表1。

實驗所用粉體負載量為60%，原料粉與結(jié)合劑混煉

1.2 燒結(jié)工藝

上機混合3h，混合溫度155℃，粉體與粘結(jié)劑混合均勻后即可投料

脫脂體在1290℃燒結(jié)，保溫時間為2h。燒結(jié)設備為

使用造粒機將材料造粒以進一步均勻化，并獲得適用于注塑成型的化合物

真空爐，實驗設定溫度與爐內(nèi)實際溫度差在±2.5℃以內(nèi)，

顆粒飼料。將配好的飼料放入烘箱中烘干8小時左右，取出

接合氣氛為氬氣氛。

飼料中的水分。將飼料加入注塑機的進料口，通過調(diào)節(jié)

采用阿基米德排水法檢測燒結(jié)樣品的密度；

料溫、模具溫度、注射速度、注射壓力等各種參數(shù)，以便獲得所需的成型。

對于相同范圍（7.50~7.60 gfcm）的樣品，將樣品放入加熱爐中至預定溫度

所需的無缺陷 HK30 生坯。

高溫保溫預定時間后取出，迅速將樣品放入水中快速冷卻保存

●化學成分：

●機械性能：

抗拉強度σb（MPa）：≥450

條件屈服強度σ0.2（MPa）：≥240

伸長率δ5（%）：≥10

●物理性能：

密度：7.9 – 8.2 克/立方厘米

熱膨脹系數(shù) α：1.7E-5-1.9E-5 1/K 在 20°C

熔點 Tm：1375 至 1450°C

20°C 時的比熱 cp 440 J/(kg K)

20°C 時的導熱系數(shù) λ 11-21 W/(m·K)

其原始奧氏體晶界，在實驗溫度和時間下觀察其奧氏體晶粒長大

1150℃以后，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒的平均尺寸開始迅速增大。

健康）狀況。 具體實驗參數(shù)：加熱溫度為900、950、1000、1050、1100。

強改善。 有研究2認為，1000℃以下晶粒生長緩慢是由于Fe

1150、1200、1250℃，保溫時間0、3、6、9、12 h。取樣

與Cr等元素形成的碳化物在1000℃以下在奧氏體晶界中起作用。

樣品研磨拋光后，用硝酸+鹽酸溶液腐蝕晶界。徠卡金相顯微鏡觀察

有效釘扎效應阻礙晶界遷移，奧氏體晶粒長大本質(zhì)

觀察腐蝕后燒結(jié)坯料的顯微組織，采用直線截距法（執(zhí)行

它是晶界的遷移，所以碳化物能有效地阻礙晶粒長大。

依據(jù)GB/T6394-2017標準），拉伸強度采用力學試驗機測定

鋼在加熱過程中發(fā)生奧氏體相變后，奧氏體晶界在晶粒內(nèi)長大

度，拉伸速度為2.0mm/min。

在驅(qū)動力的作用下會發(fā)生遷移，最終導致晶粒長大。

2 實驗結(jié)果與討論

在相同條件下，奧氏體晶粒長大速率可用下式l6表示：

2.1 保溫溫度對HK30晶粒尺寸的影響

V=-exp (-o/RT)oD

如圖1所示，HK30耐熱不銹鋼在不同溫度下保溫12小時。

式中：k為常數(shù)o為晶界遷移活化能（J/mol），R為氣體常數(shù)

晶粒形貌，晶粒形貌呈等軸狀，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒

(8.31 J/(mol'K))，T為絕對溫度(K)，d為奧氏體晶粒平均直徑(pum)，

晶粒經(jīng)過了明顯長的天數(shù)。同時，圖 1 (a)、(b)、(c) 中的晶粒尺寸不均勻

o 是界面能 (J/mol)。

對比圖l(f)、(g)、(h)，晶粒尺寸比較均勻，奧氏體級界比較平整

由上式可知，奧氏體晶粒長大速度與保溫溫度呈指數(shù)關系，

平直，許多相交晶界英角接近120℃，形狀比較穩(wěn)定。 圖 2

在保溫時間一定的情況下，隨著保溫溫度的升高，奧氏體晶粒

圖為保溫12h時奧氏體晶粒平均尺寸隨加熱溫度的變化曲線。

平均尺寸還應與保溫溫度呈指數(shù)關系，如圖2所示，保溫12小時

從圖2可以看出，在相同的保溫時間下，加熱溫度越高，奧氏體組織

平均晶粒尺寸與不同保溫溫度的關系曲線，晶粒一目了然

平均晶粒尺寸越大，晶粒長大速度越快。從圖2曲線的趨勢看

平均尺寸數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長趨勢，符合上式所呈現(xiàn)的規(guī)律。

可以看出，奧氏體晶粒的平均尺寸與加熱溫度大致呈指數(shù)關系。存在

李偉 2 等研究了鋼在不同加熱溫度和保溫時間下的奧氏性能。

1000℃之前，奧氏體晶粒的平均尺寸隨加熱溫度變化緩慢，且長大趨于

的晶粒長大規(guī)律，研究結(jié)果表明鋼的奧氏體晶粒尺寸

趨勢不明顯：1000℃以后，奧氏體晶粒長大速度開始加快：

隨著加熱溫度的升高呈指數(shù)增長，這與本文得到的結(jié)論相似。

從圖中可以看出，隨著保溫時間的延長不銹鋼換熱管晶粒度要求，奧氏體晶粒大致呈拋物線長大。 在相同的保溫溫度下，保溫時間越長，晶粒的平均尺寸越大，且隨著保溫時間的延長，晶粒長的趨勢越來越慢。 從圖中還可以看出，在不同的保溫溫度下，保溫時間對晶粒尺寸的影響不同，溫度越高，保溫時間對晶粒尺寸的影響越大。

在等溫生長條件下，奧氏晶粒的平均尺寸與時間的關系可以用貝克方程I7來描述：

d-do=kP

式中，α為保溫時間為t時的平均粒徑（Jum），do為原晶粒的平均直徑（um），k為常數(shù)，i為保溫時間（s），n為晶粒生長指數(shù)

利用本文的實驗數(shù)據(jù)，由式（1）得到ln(d-do)-Int關系曲線（如下圖所示）。 可以看出ln(d-do)和Int之間存在很好的線性關系。 在1250℃～1150℃溫度范圍內(nèi)，奧氏體晶粒隨保溫時間的變化符合Beck方程。 同時，從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，隨著加熱溫度的升高不銹鋼換熱管晶粒度要求，晶粒長大指數(shù)n有增大的趨勢。 可以計算出1250℃、1200℃、1150℃溫度下對應的n值分別為0.72、0.50、0.44，即溫度越高，晶粒生長速度越快，這與左圖反映的規(guī)律是一致的。 周超⒅等研究了鋼中奧氏體晶粒長大的動力學，研究結(jié)果與本文得到的趨勢相似。返回搜狐查看更多