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不锈钢的锻造工艺(马氏体、奥氏体)
2014-09-29 17:29   审核人:

1.概述  

奥氏体不锈钢的碳质量分数小于0.25%,铬的质量分数17~19%,镍的质量分数为8%~18%,如12Cr18Ni9等。为节镍,用锰或氮代替部分镍而获得的Cr-Ni-Mn或Cr-Ni-Mn-N不锈钢。 

奥氏体不锈钢不发生组织转变,不能用热处理强化,只能通过热锻成形和再结晶获得高的强度。奥氏体不锈钢通常在固溶状态下使用,具有最佳的塑性、韧性、良好的加工成型性及良好的耐蚀性和抗氧化性,因此一般用于要求耐腐蚀、抗氧化或在较高温度下工作,对强度要求不高,以及在较低温度下使用的零部件。 

奥氏体不锈钢在高温下晶粒易长大,但长大倾向不如铁素体不锈钢强烈。 

2.锻造温度选择及加热要求 

(1)变形温度选择: 

奥氏体不锈钢的锻造加热温度受高温铁素体(α-相)形成温度的限制,加热温度过高,α-相铁素体的量会显著增多,使钢塑性降低,使塑性变形不均匀,在两相界面产生裂纹。因此奥氏体不锈钢的始锻温度一般控制在1150~1200℃。 

为防止组织中因洗出碳化物使变形抗力增加,产生锻造裂纹。所以终锻温度不应太低,一般不低于850℃。 

对于普通18-8型不锈钢始锻温度取1200℃,当含钼或含高硅则取低于1150℃,对于25-12型和25-20型,始锻温度不高于1150℃,终端温度不低于925℃。 

(2)加热要求: 

不锈钢导热性差,加热时要严格按照温度和速度进行:800℃以下缓慢加热(0.3~0.5mm/min),到920℃后可快速加热。 

为确保耐蚀性,加热时应严格避免渗碳,因此奥氏体不锈钢不宜在还原性气氛或过分氧化气氛中加热,也不许火焰直接喷射在毛坯上,否则使钢增碳或使晶界区贫铬,提高钢的晶间腐蚀敏感性。 

锻件在高温区停留时间不宜过长,否则易造成严重过氧化、元素贫化和晶粒粗化,具体可按锻压手册P217表2-3-15选择,一般不少于10~20min。 

3.奥氏体不锈钢锻造要点 

(1)钢锭锻造时,开始轻压,当变形量达到30%后才能重压。锻造时,应单向送进,避免在一处重复压制,以防止出现中心十字裂纹。 

(2)钢锭锻造比采用4~6,钢坯取2~4,视原材料晶粒度而定。奥氏体不锈钢晶粒度大小对钢的耐蚀性有很大影响。为获得细晶粒并充分焊合中心区的微裂纹和孔隙,应保证最后一火有足够大的锻造比,变形量应大于再结晶临界变形程度,变形量一般应大于12%~20%。 

(3)变形过程中要求变形均匀,以得到较均匀的晶粒组织,圆饼锻件可考虑下列措施: 

a.采用光滑的平台和砧面,必要时润滑; 

b.平台和砧面预热到150~450℃; 

c.饼坯两端加低碳钢垫板; 

d.采用叠锻; 

e.变形时采用间歇压缩; 

f.包套镦粗。 

(4)奥氏体不锈钢冷缩率大。锻件最终成形时,应考虑较大的收缩率(1.5~1.7%),避免锻件在冷却后因尺寸不足造成废品。 

(5)锻件温度应在850℃以上切边(冷锻件应预热到900~950℃再切边)。 

4.锻后冷却 

为避免奥氏体不锈钢沿晶界析出Cr23C6而增加晶间腐蚀倾向,所以要求锻后快冷。尤其在奥氏体敏化温度范围(480~815℃),在此区间不得停留,必须快冷。

奥氏体不锈钢锻后空冷、坑冷、砂冷均可。 

5.变形后续工序 

(1)为使锻造和空冷过程中析出的碳化物重新溶入奥氏体,得到均匀单一的常温奥氏体组织,减轻晶间腐蚀敏感性,因此锻后应进行固溶处理,即在1020~1050℃加热保温,然后水冷。为防止晶粒长大,加热温度不宜过高,保温时间不宜过长。 

(2)含Ti、Nb的奥氏体钢,固溶后再进行稳定化处理。即将钢加热到850~880℃保温空冷,此时Cr23C6溶解,TiC不完全溶解,且在冷却过程中充分析出,从而降低Cr23C6的含量,降低晶间腐蚀倾向。

(3)对经冷加工和焊接后的锻件,为消除残余应力,要进行去应力退火。 

l不含Ti、Nb的奥氏体不锈钢:加热温度不超过450℃,以防止Cr23C6析出;

l对超低碳和含Ti、Nb的奥氏体不锈钢:加热温度不低于850℃,然后缓冷,消除应力,可减轻晶间腐蚀倾向,并提高抗应力腐蚀能力。 

(4)奥氏体不锈钢还往往经冷变形后使用,只要按“固溶处理-冷变形-敏化处理”工序进行,就可获得优异的抗应力腐蚀和抗晶间腐蚀性能。 

(5)为消除表面氧化皮和缺陷,采用先酸洗再喷砂或滚筒抛光在酸洗。 

二马氏体不锈钢的锻造 

1.概述 

马氏体不锈钢碳的质量分数为0.1%~0.4%(其中9Cr18为0.9%),铬的质量分数为12%~18%,如1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13等。 

此类钢高温时为奥氏体组织,冷却到室温为马氏体组织,可通过热处理强化,提高力学性能。 

马氏体不锈钢淬火后的强度、硬度随含碳量增加而提高,但耐蚀性及塑、韧性随之降低,其耐蚀性不如奥氏体不锈钢。但因该类钢具有很高的热强性和较好的耐蚀性,特别适合550~600℃以下及湿热条件工作的承力件。 

2.锻造温度选择及加热要求 

(1)锻造温度选择 

马氏体不锈钢加热温度不宜太高,过高组织会出现δ铁素体,使钢的塑性下降,且易在两相界面产生裂纹。因此马氏体不锈钢的始锻温度一般为1100~1150℃。 

终端温度不宜太低,若温度过低,钢的塑性下降较大,易产生锻造裂纹。因此终锻温度因含碳量而异,高碳的取925℃,低碳的取850℃,均应高于钢的同素异构转变温度。 

(2)加热要求: 

马氏体不锈钢的导热性差,为防止坯料开裂,在实际生产中,坯料的入炉温度应低于400℃。同时,850℃前应缓慢加热,之后才能快速加热到始锻温度。 

锻件在高温区停留时间不宜过长,否则易造成严重过氧化、元素贫化和晶粒粗化,具体可按锻压手册P217表2-3-15选择,一般不少于10~20min。 

3.马氏体不锈钢锻造要点 

(1)马氏体不锈钢高温组织为单相奥氏体,锻造没有特殊困难,但在900~950℃范围内要避免重击,以防破裂。 

(2)锻造比一般取2~3;终锻变形量应大于12%~20% 

(3)终锻变形程度不易过小。若加热温度高、终锻变形程度小时,可能由于组织遗传引起低倍粗晶。 

(4)马氏体不锈钢对表面裂纹敏感,若表面有划伤,锻前应车去。 

4.锻后冷却 

马氏体不锈钢对冷却速度特别敏感,空冷即可获得马氏体组织,使锻件内存在很大热应力、组织应力和残余应力,易导致表面裂纹。所以马氏体钢锻后应缓冷方式。 

一般是将锻件放在200℃左右的炉中或石棉保温箱中冷却,或是转入600℃炉中保温并随炉冷却。 

5.变形后续工序 

(1)冷却后应及时进行软化退火处理(680℃~780℃保温2~4h),以消除内应力,降低硬度,便于机械加工。 

(2)马氏体不锈钢使用前需经淬火(980℃~1050℃)+回火处理,因各类零件对性能的要求不同,回火加热温度不完全相同。1Cr13、2Cr13钢需在高温(660~790℃)回火后使用;3Cr13、4Cr13及9Cr18钢需低温(200~300℃)回火后使用。 

(3)为防止产生龟裂(应力腐蚀裂纹),锻件酸洗必须安排在回火处理之后。 

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