摘 要

本文根据刀具生产厂家推荐的热处理工艺，对VG-10钢的工艺参数进行探索和讨论，通过比较试样在不同参数下的微观组织、硬度和耐蚀性来评估热处理工艺参数设置的合理与否。所得结果对于刀具生产过程具有重要的指导意义。

论文主要研究了淬火、回火和深冷处理对VG-10钢的影响：首先对VG-10钢的淬火过程进行研究，探索了不同淬火温度、不同保温时间以及不同冷却方式下对VG-10钢的微观组织结构和性能的影响，得到的最佳淬火工艺参数为1075℃×20min×油冷；然后对回火过程中的回火温度进行了研究，得到了最佳的回火工艺参数为150℃×2h×空冷；最后将淬火处理中不同保温时间的试样进行深冷处理后发现，深冷处理提升了材料的综合性能，适合对性能要求较高的钢材。

关键词：马氏体不锈钢；VG-10钢；热处理工艺

Abstract

According to the heat treatment process recommended by the tool manufacturer, the heat treatment process parameters of VG-10 steel are explored and discussed. The rationality of heat treatment process parameters to the samples under different parameters is evaluated by comparing the microstructure, hardness and corrosion resistance. The results obtained have important guiding significance for tool production process.

This paper mainly studied the hardening, tempering,and the influence of cryogenic treatment of VG-10 steel :first, explored the effects of different quenching temperatures, different holding times and different cooling modes on the microstructure and properties of theVG-10 steel. The optimum quenching process parameters we got are 1075℃ × 20 min × oil cooling. Then, we studied the tempering temperature during the tempering process, and got the optimal tempering process parameters are 150 ℃ × 2 h × air cooling。Finally, we studied the effects of cryogenic treatment on the VG-10 steel, and found that the cryogenic treatment improved the overall performance of the material and was suitable for steels with high performance requirements.

Key Words：Martensitic stainless steel；VG-10 steel；heat treatment process

目录

第1章 绪论 1

1.1 不锈钢的概述 1

1.2 马氏体不锈钢 1

1.2.1 马氏体不锈钢的分类 2

1.2.2 主要合金元素对马氏体不锈钢组织和性能的影响 3

1.2.3 马氏体不锈钢的热处理特点 4

1.4 马氏体不锈钢的技术发展及研发趋势 5

1.5 研究的目的与意义 6

1.6选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响 6

第2章 材料与研究方法 8

2.1 实验材料及设备 8

2.1.1 VG-10钢 8

2.1.2 实验设备 8

2.2 VG-10钢的相变点测试 8

2.3 VG-10钢的热处理工艺 10

2.4 VG-10钢的显微组织观察 11

2.4.1光学金相显微组织观察 11

2.4.2扫描电镜显微组织观察： 12

2.5 VG-10钢的性能测验 12

2.5.1洛氏硬度测量 12

2.5.2耐蚀性试验 12

第3章 结果与讨论 13

3.1 淬火工艺对VG-10钢的组织以及性能的影响 13

3.1.1 淬火温度的影响 13

3.1.2 保温时间的影响 16

3.1.3 冷却方式的影响 17

3.2 回火工艺对VG-10钢的组织以及性能的影响 18

3.3 深冷工艺对VG-10钢的组织以及性能的影响 20

第4章 结论 22

参考文献 23

致谢 25

第1章 绪论

1.1 不锈钢的概述

不锈钢（stainless steel）是指在腐蚀介质中（如水、空气、酸、碱等）能较好地保持化学稳定性的钢，是含铬量高于12%（wt%，下同）或含镍量低于8%的合金钢的总称^[1]。狭义的不锈钢是指能抵抗空气、水等介质腐蚀的钢，而具有抗酸、碱腐蚀的钢有时会被称为耐酸钢，习惯上将两者都称为不锈钢^[2]。不锈钢的主要特性是不锈、耐蚀性。

不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素，元素不同以及该元素的质量分数不同都会使其耐蚀性发生改变。所以可以通过改变合金元素的类型和配比来提高钢的耐腐蚀性能。

不锈钢分为五个系列，其中四种基于它们的晶体结构，分别是铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体（称为双相）不锈钢和马氏体不锈钢，。第五类被称为沉淀硬化不锈钢，基体为奥氏体或马氏体组织，且能通过时效硬化处理强化的不锈钢，简称PH钢^[2]。

1.2 马氏体不锈钢

马氏体不锈钢（Martensitic stainless steel，简称MSS）是使用形态为马氏体的一类不锈钢，有磁性，其力学性能可通过热处理（如淬火、回火）进行调整^[2,3]，也就是说，这是可硬化的不锈钢钢种。这一特性决定了这类钢必须具备以下两个基本条件：①在平衡相图中必须存在奥氏体相（γ相）区，在该区域的对应温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，所以这类钢的化学成分需要控制在γ或γ α相区内；②钢的表面要能形成钝化膜，这是耐腐蚀和抗氧化的关键，如果要达到这个条件，铬含量就必须在10.5%以上。因此这类钢的成分特点有Cr含量为12%~18%，含有一定量的奥氏体形成元素（如C和Ni等），加热时有较多的或完全的奥氏体相。又由于马氏体相变临界温度M_S在室温以下，所以经淬火冷却后生成马氏体^[2,4]。表1列举了常用的马氏体不锈钢的化学成分^[4]。

相较于铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，马氏体不锈钢有着更高的强度，良好的力学性能以及高温抗氧化性，在弱腐蚀介质（如：温度不高的水、空气、稀硝酸和某些浓度较低的有机酸等）中，表现出良好的耐蚀性，但在强酸（如：硫酸、盐酸、硝酸等）中，其耐蚀性较差^[3]。