于文涛等：高碳马氏体不锈钢8C13MoV钢铸态组织及碳化物 ·1265· 7000B电感耦合等离子质谱仪分析化学成分，具体见 衍射分析仪确定碳化物的类型.电解时将试样加工成 表1.取铸锭中心部分制成12mm×12mm金相试样， 中l5mm×60mm.电解液采用的配比是柠檬酸16g、盐 经过机械打磨和抛光后，采用FCl,盐酸乙醇溶液腐 酸40mL和甲醇500mL.电解时间为6h. 蚀，显微组织观察和能谱分析在BRUKEI MLA250型 1.4静态连续冷却转变曲线测定 扫描电子显微镜上进行.用HF酸双氧水溶液深腐蚀 将试样加工成4mm×l0mm的圆柱形试样，利 在扫描电子显微镜下观察碳化物的三维形貌.机械抛 用Gleeble.3500热模拟试验机进行测定静态连续冷却 光后的试样再经电解抛光进行X射线衍射分析确定 转变曲线，冷却速率分别设定为0.03、0.1、0.5、1、1.8、 相组成，X射线衍射分析仪型号为Rigaku DMax一RB. 3、5、10和20℃·s- 用Kalling试剂进行腐蚀，在Lica DM750P型光学显微 2 结果与分析 镜下观察辅助确定组织中各相类别 表18C13MoV钢的主要化学成分（质量分数） 2.1析出相随温度的变化 Table 1 Main chemical composition of 8Cr13MoV steel 利用Thermo-一Calc软件进行热力学计算，得到 Cr Mo Mn Si V Ni 8Crl3MoV的铁碳相图如图1(a)所示，图中虚线为其 0.77514.680.2130.4580.3330.1820.1570.0310.004 所对应的碳质量分数.可以看出该钢从液态到固相所 经历的所有相变过程.通过软件计算还得到各析出相 L.2 Thermo-Calc软件的热力学计算 随温度变化的数据和相应关系图，如图1(b)所示.结 为了研究钢中碳化物相的析出规律，在凝固温度 合相图分析可知凝固过程如下：温度1440℃以上钢为 范围内，用Thermo一Calc热力学软件进行凝固模拟计 全液相，温度低于1440℃开始析出高温铁素体(8一 算，得到碳化物相析出量随温度变化的情况和 Fe).1415℃时发生包晶反应(8铁素体+L→y-Fe), 8Crl3MoV平衡凝固相图.同时也计算得到C在液相 1400℃包晶反应结束，液相继续向奥氏体转变，1310℃时 中的偏析曲线和C偏析后各相析出随温度的变化 完全凝固为单一的奥氏体组织.温度降低到1240℃，奥氏 情况. 体中开始析出M,C3型碳化物，并在928℃碳化物 1.3钢中碳化物的电化学萃取 M,C3析出量达到峰值，随后M,C3向MaC6型碳化物 通过阳极电解的方法萃取钢中碳化物，用扫描电 转变，于760℃完全转变为MC6·同时，温度降到810 子显微镜对碳化物的形貌进行观察，并用扫描电镜所 ℃后奥氏体向α铁素体转变，最终凝固组织主要为 带的能谱仪确定碳化物成分.通过UItima IV型X射线 铁素体和M2,C6,质量分数分别为84.67%和12.97% 1800a 液相+铁素 液相 (b) 奥氏体 液相 1600 液相+奥氏体 100 铁素体 1400 奥氏体+M,C,+MnS 0 1200 铁素体+M,C+MzCw+MnS 60 1000 40 800 铁索 C.+Mns M.Co 600 20 M-Ca Mns 铁素体 400 00.51.01.5 2.02.53.03.54.04.55.0 200400 600 80010001200 140016001800 碳质量分数% 温度℃ 图18C13MoV热力学计算结果.(a)平衡相图：(b)各析出相质量分数随温度变化 Fig.1 Thermodynamic calculation results of 8Crl3MoV:(a)equilibrium phase diagram:(b)each phase amount as a function of temperature 一般来说，在Fe一C一Cr组成的三元合金中：低铬 2(a)所示，在光学显微镜下可以观察到三种组织，白 钢中碳化物为(Fe,Cr),C:中铬钢中出现(Cr,Fe),C,; 色的铁素体和一种暗灰色组织，后者上面还有片状的 高铬钢中碳化物为(Cr,Fe)aCs:而碳含量则影响铬钢 白色组织，颜色比铁素体要亮一些.试样的扫描电镜 a相中的铬含量u.根据文献D1]所得到Fe-C-Cr 照片可以明显观察到大块的碳化物与铁素体相接，如 三元相图，8Cl3MoV凝固组织由a相、M,C,和M2Cs 图2(b)中箭头所示 组成 用Kalling试剂对试样进行腐蚀，这种腐蚀剂可以 2.2显微组织 使铁素体染成黑色，马氏体变暗，而奥氏体不被腐蚀呈 试样经FCl,盐酸乙醇溶液腐蚀后，显微组织如图 白亮色，碳化物也不被腐蚀呈白色.腐蚀后的试样如于文涛等: 高碳马氏体不锈钢 8Cr13MoV 钢铸态组织及碳化物 7000 B 电感耦合等离子质谱仪分析化学成分，具体见 表 1． 取铸锭中心部分制成 12 mm × 12 mm 金相试样， 经过机械打磨和抛光后，采用 FeCl3 盐酸乙醇溶液腐 蚀，显微组织观察和能谱分析在 BＲUKEI MLA250 型 扫描电子显微镜上进行． 用 HF 酸双氧水溶液深腐蚀 在扫描电子显微镜下观察碳化物的三维形貌． 机械抛 光后的试样再经电解抛光进行 X 射线衍射分析确定 相组成，X 射线衍射分析仪型号为 Ｒigaku DMAX --ＲB． 用 Kalling 试剂进行腐蚀，在 Lica DM750P 型光学显微 镜下观察辅助确定组织中各相类别． 表 1 8Cr13MoV 钢的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of 8Cr13MoV steel % C Cr Mo Mn Si V Ni P S 0. 775 14. 68 0. 213 0. 458 0. 333 0. 182 0. 157 0. 031 0. 004 1. 2 Thermo--Calc 软件的热力学计算 为了研究钢中碳化物相的析出规律，在凝固温度 范围内，用 Thermo--Calc 热力学软件进行凝固模拟计 算，得到碳化物相析出量随温度变化的情 况 和 8Cr13MoV 平衡凝固相图． 同时也计算得到 C 在液相 中的偏 析 曲 线 和 C 偏析后各相析出随温度的变化 情况． 1. 3 钢中碳化物的电化学萃取 通过阳极电解的方法萃取钢中碳化物，用扫描电 子显微镜对碳化物的形貌进行观察，并用扫描电镜所 带的能谱仪确定碳化物成分． 通过 UItima Ⅳ型 X 射线 衍射分析仪确定碳化物的类型． 电解时将试样加工成 15 mm × 60 mm． 电解液采用的配比是柠檬酸 16 g、盐 酸 40 mL 和甲醇 500 mL． 电解时间为 6 h． 1. 4 静态连续冷却转变曲线测定 将试样加工成 4 mm × 10 mm 的圆柱形试样，利 用 Gleeble3500 热模拟试验机进行测定静态连续冷却 转变曲线，冷却速率分别设定为 0. 03、0. 1、0. 5、1、1. 8、 3、5、10 和 20 ℃·s － 1 ． 2 结果与分析 2. 1 析出相随温度的变化 利用 Thermo--Calc 软件进行热力学计算，得 到 8Cr13MoV 的铁碳相图如图 1( a) 所示，图中虚线为其 所对应的碳质量分数． 可以看出该钢从液态到固相所 经历的所有相变过程． 通过软件计算还得到各析出相 随温度变化的数据和相应关系图，如图 1( b) 所示． 结 合相图分析可知凝固过程如下: 温度 1440 ℃ 以上钢为 全液相，温度低于 1440 ℃ 开始析出高温 铁 素 体( δ-- Fe) ． 1415 ℃时发生包晶反应( δ 铁素体 + L→γ--Fe) ， 1400 ℃包晶反应结束，液相继续向奥氏体转变，1310 ℃时 完全凝固为单一的奥氏体组织． 温度降低到1240℃，奥氏 体中 开 始 析 出 M7C3 型 碳 化 物，并 在 928 ℃ 碳 化 物 M7C3 析出量达到峰值，随后 M7C3 向 M23 C6 型碳化物 转变，于 760 ℃完全转变为 M23C6 ． 同时，温度降到 810 ℃后奥氏体向 α 铁素体转变，最终凝固组织主要为 α 铁素体和 M23C6，质量分数分别为 84. 67% 和 12. 97% ． 图 1 8Cr13MoV 热力学计算结果 . ( a) 平衡相图; ( b) 各析出相质量分数随温度变化 Fig． 1 Thermodynamic calculation results of 8Cr13MoV: ( a) equilibrium phase diagram; ( b) each phase amount as a function of temperature 一般来说，在 Fe--C--Cr 组成的三元合金中: 低铬 钢中碳化物为( Fe，Cr) 3C; 中铬钢中出现( Cr，Fe) 7 C3 ; 高铬钢中碳化物为( Cr，Fe) 23C6 ; 而碳含量则影响铬钢 α 相中的铬含量［11］． 根据文献［11］所得到 Fe--C--Cr 三元相图，8Cr13MoV 凝固组织由 α 相、M7 C3和 M23 C6 组成． 2. 2 显微组织 试样经 FeCl3盐酸乙醇溶液腐蚀后，显微组织如图 2( a) 所示，在光学显微镜下可以观察到三种组织，白 色的铁素体和一种暗灰色组织，后者上面还有片状的 白色组织，颜色比铁素体要亮一些． 试样的扫描电镜 照片可以明显观察到大块的碳化物与铁素体相接，如 图 2( b) 中箭头所示． 用 Kalling 试剂对试样进行腐蚀，这种腐蚀剂可以 使铁素体染成黑色，马氏体变暗，而奥氏体不被腐蚀呈 白亮色，碳化物也不被腐蚀呈白色． 腐蚀后的试样如 ·1265·