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度，廣泛應用于航空航天、汽車、海洋裝備及核電等領域[1?2]。尤其適用于制造在380 °C工況下使用的高強度結構零件，如大型飛機緊固件、發(fā)動機閥門零件等[3?5]。為獲得優(yōu)異的綜合力學性能，該沉淀型不銹鋼通常采用固溶處理+人工時效熱處理工藝，加熱過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，得到過飽和固溶體，為隨后的時效處理準備條件。經過時效處理后，細小的ε-Cu、M23C6等碳化物析出實現(xiàn)沉淀強化，獲得良好的力學性能[6?8]。該不銹鋼中添加了Nb、Ti等微量合金元素，在熱加工過程中形成細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，從而達到細晶強化的目的[9]。對該成分不銹鋼進行熱力學計算并對其相變過程及碳氮化物的析出行為進行研究，并在此基礎上優(yōu)化熱處理工藝參數(shù)，提升綜合力學性能，對擴大該不銹鋼的應用范圍具有重要意義。
目前針對0Cr17Ni4Cu4Nb的研究主要集中在熱處理后的組織和性能[8]，然而若僅通過實驗對材料熱物性能及相變進行分析，將會消耗大量的人力物力及時間[10]。本文以0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼為研究對象，運用熱力學模擬軟件分析了熱力學平衡相組成、等溫轉變冷卻曲線（TTT）、連續(xù)轉變冷卻曲線（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)場實際熱處理工藝的制定提供一定的理論指導和依據(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)相圖計算（CALPHAD）技術，考慮每一相的吉布斯自由能來繪制的，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組元所占質量分數(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)，一般需要通過相圖計算軟件進行計算和取值，通過不斷優(yōu)化此參數(shù)使計算相圖和理論相圖各相關系吻合從而得到此參數(shù)[11]，通常情況下在0~1之間；第1項為純組元的吉布斯自由能之和，第2項為理想混合熵引起的吉布斯自由能增加，第3項為偏離理想溶液引起的過剩吉布斯自由能。
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，平衡轉變中進一步會促進G相形成，G相為一類復雜的金屬間化合物，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時開始從基體中作為第二相析出，碳化物M23C6在416 °C時析出量最大，達到1.24%。室溫下該不銹鋼平衡相質量分數(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。
