不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件的質量控制

文/顧利·撫順東華鍛壓廠

不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件的質量控制

文/顧利·撫順東華鍛壓廠

0Cr17Ni4Cu4Nb是典型的馬氏體沉淀硬化不銹鋼。室溫強度高、綜合性能好、抗腐蝕性能優越、并且具有良好的焊接、鍛軋、拉拔和鑄造等工藝性能，在石油、化工等行業得以廣泛應用，尤其成為大容量的核汽輪機高強度末級長葉片的選用材料。

因該材料合金成分較高，且具有Cu含量高，高溫裂紋敏感，鍛造溫度范圍窄、工藝塑性差、硬化傾向嚴重、晶粒容易長大等特點，如鍛造及鍛后熱處理工藝控制不當，極易產生表面及內部裂紋而導致鍛件報廢。

針對該材料的工藝特點，采用合理的鍛造及鍛后預備熱處理工藝，并先期對原材料的冶煉過程加以控制，尤顯重要。

0Cr17Ni4Cu4Nb的化學成分、力學性能

試驗用的材料采用的是東北特殊鋼股份有限公司電渣重熔φ400mm鍛材，熔煉0Cr17Ni4Cu4Nb時，要嚴格控制鋼中雜質及氣體含量，避免元素尤其是Nb、Cu偏析的過分產生，根據不銹鋼組織分布圖控制Creq/Nieq在適當范圍，以控制殘余δ鐵素體含量在10%以下，推薦最終采用電渣重熔工藝冶煉。0Cr17Ni4Cu4Nb材料的標準化學成分及力學性能詳見表1，表2，GJB 2294-1995《航空用不銹鋼及耐熱鋼棒規范》。

表1 材料標準化學成分

表2 標準力學性能

鍛造工藝

零件圖紙及技術要求

⑴圖1給出了鍛件的輪廓圖及輪廓尺寸。

⑵技術要求。

1)熱處理，1020～1060℃固溶+470～490℃時效。

2)化學成分及力學性能，滿足GJB 2294-1995《航空用不銹鋼及耐熱鋼棒規范》。

3)超聲波探傷要求，滿足表3的要求，即滿足國家軍用變形金屬超聲波檢驗方法（GJB 1580A-2004）中的A級要求。

圖1 零件圖

鍛件圖

見圖2，采用仿形鍛造法，鍛件單件重量：G=420kg

鍛造溫度

始鍛溫度：1150±10℃，終鍛溫度：1000± 10℃.要嚴格控制始鍛及終鍛溫度。始鍛溫度過高（≥1100 ～1250℃），有δ鐵素體形成，易形成開裂，同時受同素異晶轉變溫度（≈810℃開始）的限制，終鍛溫度不得太低，否則變形抗力及內應力增大，也易形成裂紋。

圖2 鍛件圖

鍛造工藝變形過程

鍛制前預熱錘頭、錘砧到150～300℃，鍛制時先輕錘擊打，待有一定變形量后再重錘擊打，如圖3所示。

圖3 鍛制過程中的鍛件

加熱工藝

⑴冷鋼坯加熱工藝。

裝爐溫度控制在650℃以下，800℃以下控制加熱速度（≤80℃/h），800℃時適當保溫，800℃以上快速加熱到始鍛溫度并保溫。緩慢加熱到800℃（均保2.5h）+快速加熱到1150℃（均保3h）后鍛造。

⑵返爐半成品加熱工藝。快速加熱到1150℃（均保1h）后鍛造。

熱處理

退火處理

鍛造后緩慢冷卻并及時退火，以消除溫度應力及組織轉變應力，防止裂紋產生。加熱到1150℃（均保0.5h）+爐冷到20℃+加熱到740℃（均保4.5h）+爐冷到200℃后空冷。

表3 超聲波探傷標準

表4 化學成分檢測結果

表5 力學性能檢測結果

表6 超聲波檢驗報告

固溶處理

加熱到1040℃并充分保溫，使不銹鋼中的某些組成物溶解到基體中，形成均勻的固溶體，然后迅速冷卻，以使溶入的組成物保留在不銹鋼基體中，為沉淀硬化做組織準備。加熱到800℃（均保1h）+加熱到1040℃（均保4h）空冷。

時效處理

將固溶處理后的鍛件加熱到550℃，并保溫一定時間后空冷，此時將由過飽和固溶體中析出強化相，大大提高不銹鋼的強韌性指標。

產品檢驗

化學成分及力學性能檢驗

化學成分及力學性能檢測結果見表4，表5。檢測結果符合GJB 2294-1995標準要求。

超聲波檢驗

見表6，符合GJB 1580A-2004中的A級要求。

結論

雖然0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼工藝塑性差、鍛造溫度范圍窄、高溫裂紋敏感。但是，首先通過控制原材料中Creq/Nieq在適當范圍，控制殘余δ鐵素體含量在10%以下，并推采用電渣重熔工藝冶煉；其次，控制好加熱溫度、加熱速度，800℃以下控制加熱速度，800℃時適當保溫，800℃以上快速加熱，同時控制好始鍛、終鍛溫度并先輕后重鍛造；最后，鍛后緩冷并及時退火。材料冶煉、鍛造及鍛后熱處理工藝控制得當，還是完全可以避免裂紋產生，并得到性能及內部質量滿足要求的鍛件。