17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）是一種典型的馬氏體沉淀型硬化不銹鋼，由于其具有優(yōu)良的鑄造、耐腐蝕、焊接等性能及較高的強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、海洋裝備及核電等領(lǐng)域[1?2]。尤其適用于制造在380 °C工況下使用的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件，如大型飛機(jī)緊固件、發(fā)動(dòng)機(jī)閥門零件等[3?5]。為獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，該沉淀型不銹鋼通常采用固溶處理+人工時(shí)效熱處理工藝，加熱過(guò)程中可以消除成分的不均勻性，使合金碳氮化物充分固溶于奧氏體基體中，得到過(guò)飽和固溶體，為隨后的時(shí)效處理準(zhǔn)備條件。經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，細(xì)小的ε-Cu、M23C6等碳化物析出實(shí)現(xiàn)沉淀強(qiáng)化，獲得良好的力學(xué)性能[6?8]。該不銹鋼中添加了Nb、Ti等微量合金元素，在熱加工過(guò)程中形成細(xì)小的鈮鈦等碳氮化物析出，第二相析出可以阻礙奧氏體晶粒粗化，從而達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的目的[9]。對(duì)該成分不銹鋼進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算并對(duì)其相變過(guò)程及碳氮化物的析出行為進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化熱處理工藝參數(shù)，提升綜合力學(xué)性能，對(duì)擴(kuò)大該不銹鋼的應(yīng)用范圍具有重要意義。
目前針對(duì)0Cr17Ni4Cu4Nb的研究主要集中在熱處理后的組織和性能[8]，然而若僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)材料熱物性能及相變進(jìn)行分析，將會(huì)消耗大量的人力物力及時(shí)間[10]。本文以0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼為研究對(duì)象，運(yùn)用熱力學(xué)模擬軟件分析了熱力學(xué)平衡相組成、等溫轉(zhuǎn)變冷卻曲線（TTT）、連續(xù)轉(zhuǎn)變冷卻曲線（CCT）、連續(xù)加熱奧氏體化曲線（TTA）及熱物性能參數(shù)，以期為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際熱處理工藝的制定提供一定的理論指導(dǎo)和依據(jù)。
1. 成分及平衡相分析
0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼成分如表1所示，不銹鋼平衡相圖是根據(jù)相圖計(jì)算（CALPHAD）技術(shù)，考慮每一相的吉布斯自由能來(lái)繪制的，體系每一相的吉布斯自由能（Gm?m）如下所示。
式中，Xi??、Xj??分為i、j組元所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)；G0i??0為i組元的吉布斯自由能；R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；L為不同組元之間的交互作用系數(shù)，為不同組元之間的交互作用系數(shù)，一般需要通過(guò)相圖計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算和取值，通過(guò)不斷優(yōu)化此參數(shù)使計(jì)算相圖和理論相圖各相關(guān)系吻合從而得到此參數(shù)[11]，通常情況下在0~1之間；第1項(xiàng)為純組元的吉布斯自由能之和，第2項(xiàng)為理想混合熵引起的吉布斯自由能增加，第3項(xiàng)為偏離理想溶液引起的過(guò)剩吉布斯自由能。
圖1（a）為不銹鋼200~1600 °C的平衡組織相圖，圖1（b）為碳氮化物、Cu固溶體、G相、碳化物M23C6隨溫度析出相圖。有圖1（a）可以看出，此不銹鋼平衡相圖共有7個(gè)相區(qū)，主要包括液相區(qū)、鐵素體、奧氏體，其余為Cu固溶體、碳化物M23C6、碳氮化物以及G相。由于此不銹鋼中Cr元素含量較高，平衡轉(zhuǎn)變中進(jìn)一步會(huì)促進(jìn)G相形成，G相為一類復(fù)雜的金屬間化合物，其元素含量隨溫度變化如圖2所示。從圖1（b）可以看出，隨溫度降低碳化物及碳氮化物種類及固溶體相析出增多，碳氮化物在265 °C時(shí)開(kāi)始從基體中作為第二相析出，碳化物M23C6在416 °C時(shí)析出量最大，達(dá)到1.24%。室溫下該不銹鋼平衡相質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為72.92%鐵素體、15.51%碳氮化物、6.33% G相、4% Cu固溶體、1.23% M23C6。
