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【摘 要】本文研究了化学成分对ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢力学性能的影响，通过优化调整各合金元素的百分含量，从而得到良好的综合力学性能和金相组织。
【关键词】Nieq/Creq；力学性能
0.前言
ZG04Cr13Ni5Mo是目前已知的最合适制作水轮机叶片、上冠、下环等铸件专用的马氏体不锈钢。随机组容量的不断增大，对水轮机用钢的要求也不断提高。在没有发现更合适的水轮机转轮应用材料之前，对提高ZG04Cr13Ni5Mo钢的综合力学性能的研究始终没有停止过，其综合力学性能得到不断改善。本文旨在研究如何通过调整合金元素配比来提高ZG04Cr13Ni5Mo材料的综合力学性能以满足大容量机组的高要求。
1.试验材料
试验材料都是采用VOD精炼炉冶炼，然后将钢水浇铸成厚约60mm的钢板备用，共准备了四组材料，四组材料化学成分如下：
表1 四组材料化学成分
2.试验方法及试验结果分析
试验材料浇铸成60×100×250mm试板后，统一编号，然后进行
1020℃～1040℃保温1h空冷，630℃保温2h空冷，600℃保温2h炉冷热处理，然后各组钢板分别进行试样机械加工及力学性能试验。四组材料力学性能对比结果如下：
图1
不同Nieq/Creq试样的Rm，Rp0.2对照表，可以很明显的看出，Nieq/Creq为0.409的材料Rm，Rp0.2力学性能较好。
图2
不同Nieq/Creq试样的断面收缩率（Z）对照表，可以很明显的看出，Nieq/Creq为0.409的材料断面收缩率（Z）值高。
图3
不同Nieq/Creq试样进行力学性能后的伸长率（A）对照表，可以很明显的看出，不同Nieq/Creq的材料伸长率（A）相差不大，主要集中在19～22之间。
图 4
两次回火后的金相组织，回火马氏体与逆变奥氏体组织
本文Nieq/Creq计算公式：
Nieq=Ni+0.5（Mn）+30（C）+25（N）+0.3（Cu）+（Co）
Creq=Cr+2（Si）+1.5（Mo）+5（V）+5.5（Al）+1.75（Nb）+1.5（Ti）+0.5（W）
各成分对材料性能的影响分析：
C是稳定奥氏体的元素，过高的C容易与Cr形成碳化物降低基体中的Cr含量，减小抗蚀能力，同时增加了焊接难度，因此建议C≤0.04%，最好能控制在0.03～0.04%范围内。
Cr是不锈钢中的抗腐蚀元素，Cr与O在钢表面形成的钝化膜具有强抗腐蚀作用，起到抗腐蚀作用的最低含量为12.0%。同时Cr是强铁素体形成元素，如果Cr含量过高，则正火后将得不到全马氏体组织而含有部分δ铁素体，而δ铁素体的存在影响钢的热塑性，降低钢的强度并恶化钢的冲击性。因此，为平衡Nieq/Creq，建议Cr的最高含量为13.5%。
Ni是奥氏体稳定元素，为使奥氏体组织从1030℃±10℃冷却到室温后完全转变为马氏体，ZG04Cr13Ni4Mo中Ni要保持一定含量，因为Ni降低Ms点，如果Ni含量过多，Ms点太低，冷却到室温时会导致残余奥氏体的出现，得不到全马氏体组织，使回火后的强度降低，因此，建议Ni含量控制在3.8～4.5%之间，我们的试验数据也说明了这一点。
Mo是铁素体的形成元素，可提高钢的淬透性和回火抗力，减少回火时马氏体的分解，保持硬度。Cr与Mo配合使用时，抗点蚀能力更好，但是Mo含量过低起不到上述作用，因此建议Mo含量控制在0.4～0.6%。
Mn是扩大奥氏体区的元素，在钢中Mn稳定奥氏体组织的能力仅次于Ni，是提高钢的淬透性元素，可以通过Mn来调节Nieq/Creq，因此建议Mn含量≤1.0%。
Si是强烈的铁素体形成元素，Si对提高铁基、镍基合金在氧化介质中的耐蚀性有明显的作用，但是Si含量过高对焊接不利，因此建议Si≤0.6%。
3.结论
ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢在保证钢水纯净度的前提下，控制好P、S含量及钢中的气体含量，同时满足C含量控制在0.03～0.04%之间，Ni含量控制在3.8～4.5%之间，Cr的最高含量为13.5%，Mo含量控制在0.4～0.6%，Mn含量≤1.0%，Si≤0.6%，Nieq/Creq控制在0.36～0.44之间，ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢综合力学性能较好，并且Nieq/Creq越接近0.44，ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢力学性能越好。
【参考文献】
[1]李依依.三峡700MW水轮机转轮马氏体不锈钢铸件技术规范，中国科学院金属研究所，2008.7.
[2]李殿魁.抗腐蚀的镍基合金，上海钢研，2002.4.
[3]大型水轮机用不锈钢ZG0Cr13NiMo材料与工艺研究，沈阳铸造研究所，1979.12.
[4]0Cr13Ni6Re马氏体不锈钢——大型水轮机叶片用钢的研究，郑州机械科学研究所，1976.12.
[5]宋小龙，安继儒.金属材料手册.，化学工业出版社，2008.1.
[6]徐增华.金属耐蚀材料.腐蚀与防护，2001.5.
【关键词】Nieq/Creq；力学性能
0.前言
ZG04Cr13Ni5Mo是目前已知的最合适制作水轮机叶片、上冠、下环等铸件专用的马氏体不锈钢。随机组容量的不断增大，对水轮机用钢的要求也不断提高。在没有发现更合适的水轮机转轮应用材料之前，对提高ZG04Cr13Ni5Mo钢的综合力学性能的研究始终没有停止过，其综合力学性能得到不断改善。本文旨在研究如何通过调整合金元素配比来提高ZG04Cr13Ni5Mo材料的综合力学性能以满足大容量机组的高要求。
1.试验材料
试验材料都是采用VOD精炼炉冶炼，然后将钢水浇铸成厚约60mm的钢板备用，共准备了四组材料，四组材料化学成分如下：
表1 四组材料化学成分
2.试验方法及试验结果分析
试验材料浇铸成60×100×250mm试板后，统一编号，然后进行
1020℃～1040℃保温1h空冷，630℃保温2h空冷，600℃保温2h炉冷热处理，然后各组钢板分别进行试样机械加工及力学性能试验。四组材料力学性能对比结果如下：
图1
不同Nieq/Creq试样的Rm，Rp0.2对照表，可以很明显的看出，Nieq/Creq为0.409的材料Rm，Rp0.2力学性能较好。
图2
不同Nieq/Creq试样的断面收缩率（Z）对照表，可以很明显的看出，Nieq/Creq为0.409的材料断面收缩率（Z）值高。
图3
不同Nieq/Creq试样进行力学性能后的伸长率（A）对照表，可以很明显的看出，不同Nieq/Creq的材料伸长率（A）相差不大，主要集中在19～22之间。
图 4
两次回火后的金相组织，回火马氏体与逆变奥氏体组织
本文Nieq/Creq计算公式：
Nieq=Ni+0.5（Mn）+30（C）+25（N）+0.3（Cu）+（Co）
Creq=Cr+2（Si）+1.5（Mo）+5（V）+5.5（Al）+1.75（Nb）+1.5（Ti）+0.5（W）
各成分对材料性能的影响分析：
C是稳定奥氏体的元素，过高的C容易与Cr形成碳化物降低基体中的Cr含量，减小抗蚀能力，同时增加了焊接难度，因此建议C≤0.04%，最好能控制在0.03～0.04%范围内。
Cr是不锈钢中的抗腐蚀元素，Cr与O在钢表面形成的钝化膜具有强抗腐蚀作用，起到抗腐蚀作用的最低含量为12.0%。同时Cr是强铁素体形成元素，如果Cr含量过高，则正火后将得不到全马氏体组织而含有部分δ铁素体，而δ铁素体的存在影响钢的热塑性，降低钢的强度并恶化钢的冲击性。因此，为平衡Nieq/Creq，建议Cr的最高含量为13.5%。
Ni是奥氏体稳定元素，为使奥氏体组织从1030℃±10℃冷却到室温后完全转变为马氏体，ZG04Cr13Ni4Mo中Ni要保持一定含量，因为Ni降低Ms点，如果Ni含量过多，Ms点太低，冷却到室温时会导致残余奥氏体的出现，得不到全马氏体组织，使回火后的强度降低，因此，建议Ni含量控制在3.8～4.5%之间，我们的试验数据也说明了这一点。
Mo是铁素体的形成元素，可提高钢的淬透性和回火抗力，减少回火时马氏体的分解，保持硬度。Cr与Mo配合使用时，抗点蚀能力更好，但是Mo含量过低起不到上述作用，因此建议Mo含量控制在0.4～0.6%。
Mn是扩大奥氏体区的元素，在钢中Mn稳定奥氏体组织的能力仅次于Ni，是提高钢的淬透性元素，可以通过Mn来调节Nieq/Creq，因此建议Mn含量≤1.0%。
Si是强烈的铁素体形成元素，Si对提高铁基、镍基合金在氧化介质中的耐蚀性有明显的作用，但是Si含量过高对焊接不利，因此建议Si≤0.6%。
3.结论
ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢在保证钢水纯净度的前提下，控制好P、S含量及钢中的气体含量，同时满足C含量控制在0.03～0.04%之间，Ni含量控制在3.8～4.5%之间，Cr的最高含量为13.5%，Mo含量控制在0.4～0.6%，Mn含量≤1.0%，Si≤0.6%，Nieq/Creq控制在0.36～0.44之间，ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢综合力学性能较好，并且Nieq/Creq越接近0.44，ZG 04Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢力学性能越好。
【参考文献】
[1]李依依.三峡700MW水轮机转轮马氏体不锈钢铸件技术规范，中国科学院金属研究所，2008.7.
[2]李殿魁.抗腐蚀的镍基合金，上海钢研，2002.4.
[3]大型水轮机用不锈钢ZG0Cr13NiMo材料与工艺研究，沈阳铸造研究所，1979.12.
[4]0Cr13Ni6Re马氏体不锈钢——大型水轮机叶片用钢的研究，郑州机械科学研究所，1976.12.
[5]宋小龙，安继儒.金属材料手册.，化学工业出版社，2008.1.
[6]徐增华.金属耐蚀材料.腐蚀与防护，2001.5.