2024年3月24日发(作者：稽秀丽)
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第２ｌ卷第ｌ期
２００２年２月
兰州铁道学院学报（自然科学版）
ｊＯ￣ＡＬＯＦ ＬＡＮＺＨＯＵ ＲＡＩＬＷＡＹ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ【２ｌ Ｎｏ １
Ｆｅｂ．２ｏｏ２
文童搞号：１００１—４３７３（２００２）０１—０１１５—０３
水轮机转轮及叶片用钢的热处理研究
史建军
（兰州电机厂中试室．甘肃兰州了３∞５Ｉ】）
摘要：针对ＺＧ０６Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ材料具有良好的强韧性、抗蚀性、抗泥沙磨损性能厦良好的焊接性能，对
ＺＧ０６Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ材料进行了天量的试验研究．最终研制出了切妾可行的热处理工艺，己成曲应用于产品，按此工艺
处理后的转轮运行正常．
关键词：转轮用钢；不辑钢；马氏体
中圈分类号：ＴＧＩ１３；１＇Ｇ儿５ 文献标识码：Ａ
我国对ｚＧ０Ｃｒｌ３Ｎｉ４—６Ｍｏ型研究，因多种原
因，逐渐形成目前的ＺＧＯＣｒｌ３Ｎｉ４Ｍｏ（Ｎｉ４）和
ＺＧ０Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ（Ｎｉ６）以及其衍生钢种（如
ＺＧｏＱｌ３ＮｉＣＭｏ）．ＺＣＡＩ６Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ是一种低碳马
２试验结果
本试验针对ＪＢ／ｒｒ７３５０—９４对转轮叶片用钢的
性能要求，并结合ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６Ｍｏ的特点，分别对
ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６Ｍｏ试件进行了不同温度正火、回火系 氏体不锈钢…１（也称为时效马氏体不锈钢），具有优
良的抗气蚀、抗磨损、抗水下疲劳和大截面机械性
能，并有良好的铸造、焊接和加工性能．近年来，国内
外已广泛应用于制造水轮机泵、水轮机转轮和叶片、
重水反应堆本体、精铸压缩机叶轮等大中型铸件．但
该钢在铸态时为单一的马氏体组织，硬度高、塑性
差，必须经过热处理并获得良好的综合机械性能后
才能使用．本文通过大量不同的热处理试验，提出了
合理的处理工艺，从而保证水轮机转轮的运行正常．
列试验（见表２）．正火冷却速度试验（见表３），并进
行了机械性能试验及金相组织分析等研究，
２．１不同热处理对机械性能的影响
２ １．１ Ｎｉ６钢在不同热处理下的机械性能
本试验的机械性能结果如表２所示，从表中可
知：经过正火及两次回火之后，各炉钢均具有很高的
强度、塑性和韧性，各项机械性能指标都能达到部标
要求．图１为性能与回火温度关系曲线．
‘６２
．
１试验材料与方法
本试验是利用与转轮铸件随炉浇铸（浇铸温度
乱
～
———野 １４５
８￣Ｏ． ｌ２５
５２
为１ ５５０℃）的试块，共浇铸了两个大试块（尺寸：５０
ｍｍＸ１８０ｌＴｌｒｆｌ×６００ＩＴｌｒｆ１）．化学成分如表１所示．
试块先进行６００－－６５０℃软化退火，然后利用弓
锯床及牛头刨床加工成３０ ｍｍ×３０ ｍｍｘ １５０ ｍｍ
试件，并进行热处理试验．试验设备采用茂福式热处
理试验炉．
表１本试验用钢的化学成分 ％
．
１Ｏ５
“ ８５
２２ ＼＼
温度／＊Ｃ
： ６４５
０ ４８０ ５００ ５２０ ５４０ ５８０ ６０ｏ ６２０
图ｌ实验钢性能曲线
堡呈
１
２
０ ０５０
０．０５１
垒
１３．２６
１３．２５
＿
５．９９ ０ ６６ ０ ０１５
２．１．２正欠冷却速度试验
０．６７ ０．０１６ ５．９８
据文献介绍，Ｎｉ６钢的相变点为：Ａ １＝５６０℃
Ａ ｃ３：８３３℃，Ｍ ＝２ｏ０℃，Ｍｆ：３Ｏ℃
收稿日期：２ｏ０１—０５—３０
作者简介：史建军（１９７０一， 男，甘肃兰州人，兰州电机厂工程师
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第ｌ期 史建军：水轮机转轮及叶片用钢的热处理研究 １１７
３．２回火温度和回火次数
通过以上经验关系，只要知道其中一项性能指
从试验结果来看，５８０－－６２０￣Ｅ回火，可获得最满
标，便可计算出其它的性能指标．
意的结果．
综合各方面考虑．最终选用如图５所示热处理
由于Ｎｉ６钢具有较高的抗回火稳定性，第一次
工艺．
回火可使马氏体得到分解，碳化物最大限度的析出
温度／℃
开始聚集，并得到一定数量（１５％～３０％）的逆变奥
氏体，因回火温度高于Ａ ，还得到一定数量的新生
马氏体．为了使新生马氏体分解为回火马氏体，进行
了第二次回火，这样使原来的回火马氏体分解充分，
有利于碳化物自马氏体中析出并聚集，并得到更多
的逆变奥氏体．因此有利于综合机械性能的提高．因
｜’ ２ ｈ狰
Ｏ
时间，ｈ
此第二次回火是Ｎｉ６钢获得优良机械性能的关键．
文献［２］指出Ｎｉ６钢当正火冷却到１５０℃时，马
图５最终选定的热处理工艺
氏体的转变量约８０％，冷却至１００℃时保温转变量
４结论
约９０％，若只有一次回火，那么塑性、韧性将显著下
降，而强度上升，这时因为正火时未完全转变的奥氏
１）ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６Ｍｏ马氏体不锈钢按以上工艺
体在第一次回火冷却时淬火为马氏体；只有再加上
处理后，具有较高的综合机械性能：完全达到了部标
第二次回火，这部分新生马氏体才得到充分回复而
对水轮机叶片用钢的要求．
软化，又增加了稳定的逆变奥氏体．这种逆变奥氏体
２）按以上工艺处理后除具有良好的综合机械性
弥散稳定，再加上低碳马氏体在回火时的充分回复，
能外，还具有良好的工艺性能和使用性能．
使Ｎｉ６钢的强度和韧性有良好的配合．
３）ｚＧＯ６ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ叶片初步按以上热处理工
３．３机械性能指标的相互关系
艺处理后，经实际应用，运行稳定、正常．本工艺可广
（１）从表２可知，本试验钢种在正常情况下．其
泛用于今后ｚＧ０６０ｌ３Ｎｉ６Ｍ０叶片的热处理．且具
屈强比约为０．７】±０ ０４５．由此知道抗拉强度之后，
有良好的推广价值．
便可估算屈服强度值．另外此钢种难以测出物理屈
参考文献：
服现象，一般是采用条件屈服强度，故在一般资料中
标出的 是不确切的．
［１］黎东明 台金铜手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社
（２）从表２可知，本试验钢种在正常情况下，其
ｌ９８４．
抗拉强度与布氏硬度之比值为０．３３±０．０３，因此从
［２］张小平．高强度不锈钢［Ｍ］．北京：机械电子出版社
１９９０．
Ｎｉ６钢转轮本体硬度，便能大致得知抗拉强度值
Ｔｈｅ ＳｔｅｅｌｆｏｒＲｕｎｎｅｒｓ ａｎｄＶａｎｅｓ ｏｆＨｙｏｌｒｏｔｍ－ｂｉｎｅ
Ｓｈｉ Ｊｉａｎｊｕｎ
（Ｄｅｉｇｎ Ｄ印ａｒⅡＴ蛐ｒ．Ｌ￣ｚｈｖｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｄｄｎｅ Ｆｓｃｔｃ￣ｙ． ｎｚＩ删７３００５０．０ ｒｍ）
Ａｂｓｔｒａｅｔ￣ＺＧＯ６ｃＴ１３Ｎｉ６Ｍｏ ｉｓ ａ ｗｏｒｌｄ—ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ ｋｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ｈｙｄｒｏｔｕｒｂｉｎｅ ｒｕｎｎｅｒ．ｗｈｉｃｈ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｉｎｄｏｍｌ—
ｔａｋｌｅ ａｎｄ ｆｉｒｍ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓａｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒｅｉｓｔｅｎｃｅ ａｎｄ ａ ｇｏｏｄ ｗｅｌｄｉｇｎ ｐｒｏｐｅＴｔｙ
．
Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ
ｗｉｄｌｙ ｕｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｗｃ￣ｌｄ．Ｂｕｔｔｈｅｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎｌａｃｋ ｎａｔｕｒｅｈｅａｔｔｒａｅｔｍｅｎｔ ｐｒｏｅｅａｓｆＤＴ ａｌｏｎｇｔｉｍｅ
．
Ａｓ ａｌｅ—
ｓｕｉｔ，ａ ｇｒｅａｔ ａｍｏｕｒ￣ｔ ｔｒｉａｌ ｓｔｕｄｙ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａＩ ｏｆ ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６ＩＶｌｏ
，
ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ，ａｎｄ ａ口ｒａｃｔｉ—
ｅａｌ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ
，
ｗｈｉｈｃ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｅｔ ｗｉｔｈ ｉｎｔｒｉｌａ ａｎａｌｙｓｉｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｔｕＬｒｌｅｒ—ｏｒｉｎｅｔｅｄ ｓｔｅｅｌ；ｓｔａｉｎｌｅ￣ｓｔｅｃ１：ｍａｒｔｅｒ￣ｉｔｅ
2024年3月24日发(作者：稽秀丽)
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第２ｌ卷第ｌ期
２００２年２月
兰州铁道学院学报（自然科学版）
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Ｆｅｂ．２ｏｏ２
文童搞号：１００１—４３７３（２００２）０１—０１１５—０３
水轮机转轮及叶片用钢的热处理研究
史建军
（兰州电机厂中试室．甘肃兰州了３∞５Ｉ】）
摘要：针对ＺＧ０６Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ材料具有良好的强韧性、抗蚀性、抗泥沙磨损性能厦良好的焊接性能，对
ＺＧ０６Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ材料进行了天量的试验研究．最终研制出了切妾可行的热处理工艺，己成曲应用于产品，按此工艺
处理后的转轮运行正常．
关键词：转轮用钢；不辑钢；马氏体
中圈分类号：ＴＧＩ１３；１＇Ｇ儿５ 文献标识码：Ａ
我国对ｚＧ０Ｃｒｌ３Ｎｉ４—６Ｍｏ型研究，因多种原
因，逐渐形成目前的ＺＧＯＣｒｌ３Ｎｉ４Ｍｏ（Ｎｉ４）和
ＺＧ０Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ（Ｎｉ６）以及其衍生钢种（如
ＺＧｏＱｌ３ＮｉＣＭｏ）．ＺＣＡＩ６Ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ是一种低碳马
２试验结果
本试验针对ＪＢ／ｒｒ７３５０—９４对转轮叶片用钢的
性能要求，并结合ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６Ｍｏ的特点，分别对
ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６Ｍｏ试件进行了不同温度正火、回火系 氏体不锈钢…１（也称为时效马氏体不锈钢），具有优
良的抗气蚀、抗磨损、抗水下疲劳和大截面机械性
能，并有良好的铸造、焊接和加工性能．近年来，国内
外已广泛应用于制造水轮机泵、水轮机转轮和叶片、
重水反应堆本体、精铸压缩机叶轮等大中型铸件．但
该钢在铸态时为单一的马氏体组织，硬度高、塑性
差，必须经过热处理并获得良好的综合机械性能后
才能使用．本文通过大量不同的热处理试验，提出了
合理的处理工艺，从而保证水轮机转轮的运行正常．
列试验（见表２）．正火冷却速度试验（见表３），并进
行了机械性能试验及金相组织分析等研究，
２．１不同热处理对机械性能的影响
２ １．１ Ｎｉ６钢在不同热处理下的机械性能
本试验的机械性能结果如表２所示，从表中可
知：经过正火及两次回火之后，各炉钢均具有很高的
强度、塑性和韧性，各项机械性能指标都能达到部标
要求．图１为性能与回火温度关系曲线．
‘６２
．
１试验材料与方法
本试验是利用与转轮铸件随炉浇铸（浇铸温度
乱
～
———野 １４５
８￣Ｏ． ｌ２５
５２
为１ ５５０℃）的试块，共浇铸了两个大试块（尺寸：５０
ｍｍＸ１８０ｌＴｌｒｆｌ×６００ＩＴｌｒｆ１）．化学成分如表１所示．
试块先进行６００－－６５０℃软化退火，然后利用弓
锯床及牛头刨床加工成３０ ｍｍ×３０ ｍｍｘ １５０ ｍｍ
试件，并进行热处理试验．试验设备采用茂福式热处
理试验炉．
表１本试验用钢的化学成分 ％
．
１Ｏ５
“ ８５
２２ ＼＼
温度／＊Ｃ
： ６４５
０ ４８０ ５００ ５２０ ５４０ ５８０ ６０ｏ ６２０
图ｌ实验钢性能曲线
堡呈
１
２
０ ０５０
０．０５１
垒
１３．２６
１３．２５
＿
５．９９ ０ ６６ ０ ０１５
２．１．２正欠冷却速度试验
０．６７ ０．０１６ ５．９８
据文献介绍，Ｎｉ６钢的相变点为：Ａ １＝５６０℃
Ａ ｃ３：８３３℃，Ｍ ＝２ｏ０℃，Ｍｆ：３Ｏ℃
收稿日期：２ｏ０１—０５—３０
作者简介：史建军（１９７０一， 男，甘肃兰州人，兰州电机厂工程师
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第ｌ期 史建军：水轮机转轮及叶片用钢的热处理研究 １１７
３．２回火温度和回火次数
通过以上经验关系，只要知道其中一项性能指
从试验结果来看，５８０－－６２０￣Ｅ回火，可获得最满
标，便可计算出其它的性能指标．
意的结果．
综合各方面考虑．最终选用如图５所示热处理
由于Ｎｉ６钢具有较高的抗回火稳定性，第一次
工艺．
回火可使马氏体得到分解，碳化物最大限度的析出
温度／℃
开始聚集，并得到一定数量（１５％～３０％）的逆变奥
氏体，因回火温度高于Ａ ，还得到一定数量的新生
马氏体．为了使新生马氏体分解为回火马氏体，进行
了第二次回火，这样使原来的回火马氏体分解充分，
有利于碳化物自马氏体中析出并聚集，并得到更多
的逆变奥氏体．因此有利于综合机械性能的提高．因
｜’ ２ ｈ狰
Ｏ
时间，ｈ
此第二次回火是Ｎｉ６钢获得优良机械性能的关键．
文献［２］指出Ｎｉ６钢当正火冷却到１５０℃时，马
图５最终选定的热处理工艺
氏体的转变量约８０％，冷却至１００℃时保温转变量
４结论
约９０％，若只有一次回火，那么塑性、韧性将显著下
降，而强度上升，这时因为正火时未完全转变的奥氏
１）ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６Ｍｏ马氏体不锈钢按以上工艺
体在第一次回火冷却时淬火为马氏体；只有再加上
处理后，具有较高的综合机械性能：完全达到了部标
第二次回火，这部分新生马氏体才得到充分回复而
对水轮机叶片用钢的要求．
软化，又增加了稳定的逆变奥氏体．这种逆变奥氏体
２）按以上工艺处理后除具有良好的综合机械性
弥散稳定，再加上低碳马氏体在回火时的充分回复，
能外，还具有良好的工艺性能和使用性能．
使Ｎｉ６钢的强度和韧性有良好的配合．
３）ｚＧＯ６ｃｒｌ３Ｎｉ６Ｍｏ叶片初步按以上热处理工
３．３机械性能指标的相互关系
艺处理后，经实际应用，运行稳定、正常．本工艺可广
（１）从表２可知，本试验钢种在正常情况下．其
泛用于今后ｚＧ０６０ｌ３Ｎｉ６Ｍ０叶片的热处理．且具
屈强比约为０．７】±０ ０４５．由此知道抗拉强度之后，
有良好的推广价值．
便可估算屈服强度值．另外此钢种难以测出物理屈
参考文献：
服现象，一般是采用条件屈服强度，故在一般资料中
标出的 是不确切的．
［１］黎东明 台金铜手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社
（２）从表２可知，本试验钢种在正常情况下，其
ｌ９８４．
抗拉强度与布氏硬度之比值为０．３３±０．０３，因此从
［２］张小平．高强度不锈钢［Ｍ］．北京：机械电子出版社
１９９０．
Ｎｉ６钢转轮本体硬度，便能大致得知抗拉强度值
Ｔｈｅ ＳｔｅｅｌｆｏｒＲｕｎｎｅｒｓ ａｎｄＶａｎｅｓ ｏｆＨｙｏｌｒｏｔｍ－ｂｉｎｅ
Ｓｈｉ Ｊｉａｎｊｕｎ
（Ｄｅｉｇｎ Ｄ印ａｒⅡＴ蛐ｒ．Ｌ￣ｚｈｖｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｄｄｎｅ Ｆｓｃｔｃ￣ｙ． ｎｚＩ删７３００５０．０ ｒｍ）
Ａｂｓｔｒａｅｔ￣ＺＧＯ６ｃＴ１３Ｎｉ６Ｍｏ ｉｓ ａ ｗｏｒｌｄ—ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ ｋｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ｈｙｄｒｏｔｕｒｂｉｎｅ ｒｕｎｎｅｒ．ｗｈｉｃｈ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｉｎｄｏｍｌ—
ｔａｋｌｅ ａｎｄ ｆｉｒｍ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓａｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒｅｉｓｔｅｎｃｅ ａｎｄ ａ ｇｏｏｄ ｗｅｌｄｉｇｎ ｐｒｏｐｅＴｔｙ
．
Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ
ｗｉｄｌｙ ｕｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｗｃ￣ｌｄ．Ｂｕｔｔｈｅｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎｌａｃｋ ｎａｔｕｒｅｈｅａｔｔｒａｅｔｍｅｎｔ ｐｒｏｅｅａｓｆＤＴ ａｌｏｎｇｔｉｍｅ
．
Ａｓ ａｌｅ—
ｓｕｉｔ，ａ ｇｒｅａｔ ａｍｏｕｒ￣ｔ ｔｒｉａｌ ｓｔｕｄｙ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａＩ ｏｆ ＺＧ０６Ｃｒ１３Ｎｉ６ＩＶｌｏ
，
ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ，ａｎｄ ａ口ｒａｃｔｉ—
ｅａｌ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ
，
ｗｈｉｈｃ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｅｔ ｗｉｔｈ ｉｎｔｒｉｌａ ａｎａｌｙｓｉｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｔｕＬｒｌｅｒ—ｏｒｉｎｅｔｅｄ ｓｔｅｅｌ；ｓｔａｉｎｌｅ￣ｓｔｅｃ１：ｍａｒｔｅｒ￣ｉｔｅ