馬氏體不銹鋼可通過熱處理獲得較高的強度和良好的韌性，在機械制造、化工和能源工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。我國核反應(yīng)堆驅(qū)動機構(gòu)中磁極、導(dǎo)向板等零件采用12Cr13馬氏體不銹鋼（403或401不銹鋼）制造，使用中需承受較大的沖擊載荷，因此該不銹鋼應(yīng)具有優(yōu)異的沖擊韌性。

研究表明，影響馬氏體不銹鋼沖擊韌性的因素包括化學(xué)成分、熱處理制度和顯微組織等。隨著Cr，Si含量的增加和C，Mn含量的降低，馬氏體鋼組織中δ-鐵素體含量增加，使12Cr13不銹鋼的熱塑性、沖擊韌性降低。熱處理可引起475℃回火脆性，或因為熱處理后冷卻緩慢而導(dǎo)致第二類回火脆性，大大降低馬氏體不銹鋼的沖擊韌性。藤田輝夫認為冷卻速度慢是Cr13型馬氏體鋼沖擊韌性性能降低的原因。顯微組織中的晶粒尺寸、夾雜物和δ-鐵素體均對沖擊性能有影響最為顯著，含量較多的鐵素體在熱處理過程中難以溶解，易于保留在調(diào)質(zhì)組織中，導(dǎo)致沖擊韌性降低。

驅(qū)動機構(gòu)材料采購規(guī)范對退火處理態(tài)12Cr13不銹鋼的沖擊韌性能提出了較高要求，規(guī)定該不銹鋼在0℃時的沖擊功A≥56J。為了獲得退火態(tài)組織與沖擊韌性的關(guān)系，中國科學(xué)院金屬研究所的科研人員采用鍛造的不銹鋼棒材，系統(tǒng)研究了12Cr13不銹鋼退火處理過程中的組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能，分析和討論了碳化物對沖擊韌性的影響。

實驗所用材料是直徑135mm的鍛造棒材，其化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為：C0.121，Si0.26，Mn0.48，Cr13.01，P0.012，S0.0055，Co0.02，N0.02，F(xiàn)e余量。用線切割方法從棒材上切割出尺寸為12mm×12mm的沖擊試樣。將試樣在760～780℃范圍內(nèi)退火2h，出爐空冷。為了對比樣品尺寸效應(yīng)對組織和沖擊性能的影響，從直徑135mm棒材上截取長度為60mm的試樣，在860℃退火2h，出爐靜置空冷，并切取組織分析樣品和標(biāo)準沖擊試樣。

沖擊實驗在Zwick/RoellRKP450示波沖擊試驗機上進行，沖擊韌性以沖擊功表示。硬度測試前，樣品經(jīng)磨制、拋光。硬度實驗采用標(biāo)準Vickers硬度方法測定（載荷980N），每個樣品測定10次，取平均值。

金相（OM）和掃描電鏡（SEM）觀察用腐蝕劑采用FeCl3-HCl水溶液。采用金相分析軟件統(tǒng)計放大倍數(shù)為200的各樣品中的δ-鐵素體含量，統(tǒng)計視場為10個。12Cr13不銹鋼顯微組織分析采用PhilipsESEMXL30FEGSEM觀察，碳化物尺寸在放大3500倍時統(tǒng)計得出，統(tǒng)計視場為5個。

實驗結(jié)果表明，碳化物形貌是決定不銹鋼沖擊韌性的關(guān)鍵因素。分布在原馬氏體晶粒內(nèi)、尺寸細小、分布均勻的顆粒狀碳化物可顯著改善12Cr13的沖擊性能；而分布在晶界上的塊狀和條狀碳化物，以及鐵素體晶粒內(nèi)隨機分布的大顆粒狀碳化物，則嚴重惡化不銹鋼的沖擊韌性。退火溫度對碳化物析出和分布具有較大影響，當(dāng)退火處理溫度由760℃升高到860℃時，碳化物尺寸增大，使得12Cr13不銹鋼的沖擊功由151J降到106J；當(dāng)碳化物完全消失且呈塊狀或條狀分布時，不銹鋼沖擊功降低至5J。（心遠）