【摘 要】
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20Cr13不锈钢具有较高的硬度、较强的耐腐蚀和抗冲蚀磨损等性能,适用于煤矿离心泵首级叶轮,特别是腐蚀性较强和含固体颗粒的矿井水环境。20Cr13不锈钢的良好性能主要是针对不同服役条件要求,通过不同淬火加回火热处理方法得到的。虽然很多文献研究了热处理工艺及化学成分对20Cr13不锈钢组织、力学性能、耐腐蚀、抗磨损等性能的影响。但有关热处理工艺对20Cr13不锈钢在液固两相流介质中的冲蚀磨损性能及其
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20Cr13不锈钢具有较高的硬度、较强的耐腐蚀和抗冲蚀磨损等性能,适用于煤矿离心泵首级叶轮,特别是腐蚀性较强和含固体颗粒的矿井水环境。20Cr13不锈钢的良好性能主要是针对不同服役条件要求,通过不同淬火加回火热处理方法得到的。虽然很多文献研究了热处理工艺及化学成分对20Cr13不锈钢组织、力学性能、耐腐蚀、抗磨损等性能的影响。但有关热处理工艺对20Cr13不锈钢在液固两相流介质中的冲蚀磨损性能及其交互作用的系统研究还不多见。本文采用金相显微镜、硬度计、X射线衍射仪、扫描电镜等分析测试技术,探讨了热处理工艺对20Cr13不锈钢显微组织和硬度的影响规律;采用电化学工作站和自制冲蚀磨损试验机研究了热处理工艺对20Cr13不锈钢耐腐蚀、冲蚀磨损性能及交互作用的影响规律,采用扫描电镜（SEM）观察了冲蚀后试样表面微观形貌,分析了其冲蚀机理。研究结果表明:930℃～980℃淬火时,20Cr13不锈钢组织为马氏体+少量铁素体,并且晶界处有少量碳化物析出;淬火温度为1030℃时,20Cr13不锈钢组织为马氏体,随着淬火温度的继续升高至1080℃～1130℃时,马氏体逐渐变宽变长。20Cr13不锈钢的硬度随淬火温度的升高先升高后降低,在1030℃淬火时最大。在930℃～1130℃温度区间,随淬火温度的升高,20Cr13不锈钢的自腐蚀电流密度呈先降低后升高趋势,在1030℃淬火降到极小值;20Cr13不锈钢的冲蚀磨损速率先降低后升高,在1030℃淬火时出现极小值。20Cr13不锈钢淬火后回火,淬火温度为930℃～1030℃时,250℃回火20Cr13不锈钢的组织为回火马氏体,回火温度升高至450℃和650℃时,组织转变为屈氏体、索氏体;随着回火温度的升高,组织中的碳化物由粒状转变为棒状,数量逐渐增多;淬火温度高于1080℃后回火,钢的组织中没有出现碳化物。随着回火温度的升高,材料的硬度逐渐降低;其自腐蚀电流密度逐渐升高,表明材料耐腐蚀性能逐渐下降;冲蚀磨损速率逐渐增加,表明材料耐冲蚀磨损性能逐渐变差。冲蚀磨损试验结果显示无论淬火态还是淬火后回火态,其腐蚀作用对冲蚀磨损的影响均强于冲刷磨损作用,虽然冲刷作用量均很小,但冲刷与腐蚀之间均引起了非常显著的协同交互作用。930℃、1080℃与1130℃淬火处理后,20Cr13不锈钢冲蚀磨损后表面出现较浅的冲蚀坑,930℃淬火表面伴有腐蚀痕迹,980℃与1030℃淬火表面仅可见磨粒反复锻打形成的塑性变形痕迹;250℃回火材料表面仅可见轻微塑性变形痕迹,450℃回火表面可见冲蚀坑和切削痕迹,650℃回火表面出现大而深的冲蚀坑,且表面犁削痕迹加重。1030℃淬火后250℃回火,表面的损伤程度最轻,抗冲蚀磨损能力最佳。因此,1030℃淬火后250℃回火材料的耐腐蚀性和耐冲蚀磨损性能最佳,为矿用水泵首级叶轮最佳热处理工艺。
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