氮渗入对12Cr铁素体-马氏体钢微观组织及性能影响
Effect of Nitrogen Infiltration on Microstructure and Properties of 12Cr Ferritic-Martensitic Steel
- 特殊钢 2026年47卷第2期 页码：134-139
- 作者机构：
1.浙江久立特材科技股份有限公司研究院，湖州 313028
2.中国原子能科学研究院，北京 102400
- 作者简介：
杨鹏（1992—），男，硕士，工程师； E-mail : 120955934@qq.com
- 基金信息：
DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00117
中图分类号： TG142.1收稿：2025-04-25，
纸质出版：2026-03-30
- 稿件说明：
移动端阅览
杨鹏,杨晨,沈红英等.氮渗入对12Cr铁素体-马氏体钢微观组织及性能影响[J].特殊钢,2026,47(02):134-139.
Yang Peng,Yang Chen,Shen Hongying,et al.Effect of Nitrogen Infiltration on Microstructure and Properties of 12Cr Ferritic-Martensitic Steel[J].Special Steel,2026,47(02):134-139.
杨鹏,杨晨,沈红英等.氮渗入对12Cr铁素体-马氏体钢微观组织及性能影响[J].特殊钢,2026,47(02):134-139. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00117.
Yang Peng,Yang Chen,Shen Hongying,et al.Effect of Nitrogen Infiltration on Microstructure and Properties of 12Cr Ferritic-Martensitic Steel[J].Special Steel,2026,47(02):134-139. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00117.
摘要
采用电子背散射衍射（EBSD）和显微硬度（HV
0.025
）分析研究氮氢混合气氛热处理对12Cr铁素体-马氏体钢微观组织及性能影响。结果表明，热处理后因氮渗入导致管材表面组织发生变化，近表面处形成大量马氏体组织，并随氮扩散距离增加而减少。渗氮层会导致管材表面硬度增加，经显微硬度分析距表面20 μm处硬度值为368HV
0.025
，并在后续冷加工变形过程管材表面产生横向裂纹。基于热力学库TCFE11和动力学库MOBFE6，建立热处理时间和边界处N向基体内扩散距离的热动力学模型，研究氮渗入量随距离变化关系，结果显示，随扩散距离增加氮含量逐渐下降，并在扩散距离达70 μm以后下降趋势变缓。通过研究氮渗入对12Cr型铁素体-马氏体钢微观组织和性能影响，制定了12Cr铁素体-马氏体钢退火工艺，即管材在氢气保护气氛下随炉升温至860 ℃保温1 h，冷却方式为风机冷却，并经生产验证可知，该热处理制度管材表面硬度约为210HV
0.025
，满足冷加工变形性能需求。
Abstract
The effects of nitrogen-hydrogen mixed atmosphere heat treatment on microstructure and properties of 12Cr ferritic-martensitic steel were studied by electron backscatter diffraction （EBSD） and microhardness （HV
0.025
）. The results showed that the surface structure of the tube changed due to nitrogen infiltration after heat treatment， and a large amount of martensite was formed near the surface， which decreased with the increased of nitrogen diffusion distance.The nitriding layer would increase the surface hardness of the pipe. The microhardness analysis showed that the hardness value at 20 μm from the surface was 368HV
0.025
， and the transverse cracks was generated on the surface of the tube in the subsequent cold working deformation process. Based on the thermodynamic library TCFE11 and the kinetic library MOBFE6， a thermodynamic model of heat treatment time and N-directional diffusion distance in the matrix at the boundary was established to study the relationship between nitrogen infiltration and diffusion distance. The results showed that the nitrogen content gradually decreased with the increase of diffusion distance， and the decreasing trend slowed down after the diffusion distance reached 70 μm. By studying the effect of nitrogen infiltration on the microstructure and properties of 12Cr ferritic-martensitic steel， an annealing process for 12Cr ferritic-martensitic steel was developed， the pipe was heated in a hydrogen atmosphere to 860 ℃， holding it for 1 hour， and cooling it using a fan. Production verification confirmed that the surface hardness of the treated pipes was approximately 210HV
0.025
， meeting the requirements for cold working deformation.
关键词
Keywords
references
郑 勇 ， 邱绍宇 ， 魏连峰 ， 等 . T91铁素体-马氏体钢磁脉冲压接成形工艺分析与质量评价 ［J］. 锻造与冲压 ， 2024 （ 6 ）： 21 - 25 .
Huo X ， Hu Y ， Xu L ， et al . Study of Internal Breeding of Integral Fast Reactor ［J］. Atomic Energy Science and Technology ， 2023 ， 57 （ 6 ）： 1111 - 1119 .
丁 寻 ， 黄 晨 ， 李荣生 . 15-15Ti奥氏体不锈钢的蠕变性能 ［J］. 机械工程材料 ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 70 - 73 .
Zheng D T ， Chen D ， Guo Z H ， et al . Displacement cascade under high-energy irradiation and tensile property in Fe-Cr-Al alloys： A molecular dynamics simulation ［J］. Materials Today Communications ， 2023 ， 37 ： 107133 .
Qiu G X ， Zhan D P ， Cao L ， et al . Review on development of reduced activated ferritic/martensitic steel for fusion reactor ［J］. Journal of Iron and Steel Research International ， 2022 ， 29 （ 9 ）： 1343 - 1356 .
展京乐 ， 周海波 ， 刘 丰 ， 等 . 核级包壳管轧制辊缝设定对尺寸和载荷的影响 ［J］. 重型机械 ， 2023 （ 1 ）： 53 - 59 .
Kotlarski G ， Ormanova M ， Nikitin A ， et al . Wire arc deposition of specimens using a special-designed aluminum-cored wire with CNTs ［J］. Journal of Physics： Conference Series ， 2025 ， 2994 （ 1 ）： 012024 .
潘钱付 ， 赵勇 ， 牛犇 ， 等 . 加工工艺对F/M钢包壳管组织与为学性能的影响 ［J］. 热加工工艺 ， 2021 ， 50 （ 11 ）： 45 - 50 .
Qin X ， Zhang R Q ， Du P N ， et al . Recrystallization and texture evolution of cold pilgered FeCrAl cladding tube during annealing at 700 ℃∼1 000 ℃ ［J］. Journal of Nuclear Materials ， 2023 ， 577 ： 154303 .
Somers M A J ， Christiansen T . Kinetics of microstructure evolution during gaseous thermochemical surface treatment ［J］. Journal of Phase Equilibria and Diffusion ， 2005 ， 26 （ 5 ）： 520 - 528 .
陈 治 . 亚温淬火对40Cr钢渗氮层组织与性能的影响 ［J］. 热处理技术与装备 ， 2023 ， 44 （ 2 ）： 14 - 17 .
Terent’ev V F ， Мichugina М S ， Kolmakov A G ， et al . The effect of nitriding on fatigue strength of structural alloys ［J］. Mechanics ， 2007 ， 64 （ 2 ）： 12 - 22 .
刘东静 ， 由 园 ， 闫牧夫 ， 等 . 38CrMoAl钢520 ℃不同气氛离子渗氮层表征 ［J］. 中国表面工程 ， 2022 ， 35 （ 4 ）： 196 - 203 .
黄建洪 . 应用N.M.处理消除表层过共析碳化物疵病 ［J］. 金属热处理 ， 2007 ， 32 （ 11 ）： 84 - 88 .
Barrallier L . Classical nitriding of heat treatable steel ［M］// Thermochemical Surface Engineering of Steels . Woodhead Publishing ， 2015 ： 393 - 412 .
Lu J P ， Dou H C ， Zhou Z L ， et al . Effect of rapid hollow cathode plasma nitriding treatment on corrosion resistance and friction performance of AISI 304 stainless steel ［J］. Materials ， 2023 ， 16 （ 24 ）： 7616 .
Spor S ， Jäger N ， Meindlhumer M ， et al . Evolution of structure， residual stress， thermal stability and wear resistance of nanocrystalline multilayered Al0.7Cr0.3N-Al0.67Ti0.33N coatings ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2021 ， 425 ： 127712 .
Abdallah I ， Kim T ， Wu X Y ， et al . Oxidation kinetics and microstructure evolution of high Mn stainless-steel alloy in CO 2 at 700 ℃ ［J］. Corrosion Science ， 2022 ， 195 ： 110013 .
Teixeira J ， Moreno M ， Allain S Y P ， et al . Intercritical annealing of cold-rolled ferrite-pearlite steel： Microstructure evolutions and phase transformation kinetics ［J］. Acta Materialia ， 2021 ， 212 ： 116920 .
焦少阳 ， 郑 磊 ， 董建新 ， 等 . 690合金晶界碳化物和贫铬区演化动力学模拟及工艺优化 ［J］. 机械工程学报 ， 2010 ， 46 （ 14 ）： 53 - 59 .
0
浏览量
0
下载量
0
CSCD
0
CNKI被引量
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 鄂ICP备2022000839号
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
- 总访问量：36969 今日访问量：45