不锈钢1Cr17Ni2锻件的热处理工艺研究资料

联系人 雷德江 工程师 四川江油 621701 攀钢集团四川长城特殊钢有限公司技术中心 Tel 0816 3462004 不锈钢1Cr17Ni2锻件的热处理工艺研究 雷德江 攀钢集团四川长城特殊钢有限公司 摘 要 研究了尺寸对1C17Ni2热处理后力学性能的影响结果 认为铁素体的量 尺寸及碳化物析出是导致其韧性恶化 的原因 对比了520 和330 两种回火温度对性能的影响 确定了适合锻件热处理的回火温度 适当地延长回火时间 有利 于提高韧性 关键词 1Cr17Ni2不锈钢锻件 热处理 Study on Heat Treatment Process of Stainless Steel1Cr17Ni2Forging Lei Dejiang Sichuan Changcheng Special Steel Co Ltd Pangang Group Abstract Effect of size on mechanical properties of stainless steel1Cr17Ni2forging after heat treatment was studied It showed that the quantity size of ferrite and carbide precipitates deteriorated the toughness By comparison of the effeects of tempering at520 and tempering at330 on the properties the appropriate tempering temperature was specified It is helpful to improve the toughness by elongating of tempering time properly Key Words 1Cr17Ni2 Stainless steel forgings Heat treatment 引 言 1Cr17Ni2是一种马氏体不锈钢 经淬火和低温 回火处理后有较高的强度 因为它的铬含量较高 有 良好的抗腐蚀能力 所以广泛地应用于化工 食品 航空和船舶工业等领域 和一般的马氏体钢不同的 是 随着成份的变化 该钢组织中含有5 15 左 右的铁素体 也有人将该钢归入双相钢的范围 1 2 因此生产的难点主要是锻造塑性和力学性能 1 2 经过近几年来的试制 通过调整成分和锻造工艺 我 们已在生产中解决了锻造塑性问题 对于1Cr17Ni2 的热处理和力学性能之间的关系 许多研究者都做 过大量的研究 1 2 5 这些实验一般采用小试样或 者是尺寸较小的零件进行热处理与力学性能研究 我公司在2000年以前 锻轧材的性能样也是在试样 毛坯上进行热处理 对于截面较大的锻件整体的热 处理制度和力学性能之间的关系 相关研究非常少 针对某重点工程用1Cr17Ni2锻件试制要求 通过研 究化学成分 锻件尺寸 热处理制度等工艺因素 成 功地完成了试制任务 本文就热处理制度对锻件的 力学性能的影响做一探讨 1 锻件技术要求 试制工艺流程和研究方法 1 1 锻件的主要技术要求和结果 1 1 1 化学成分 锻件的化学成分要求和一般的G JB2294 95相 同 具体见表1 表1 1C17Ni2锻件的化学成分 wt Table1 Chemical compositions of1Cr17Ni2forgings 元素CSiMnPSCrNi 标准 0 11 0 17 0 80 0 80 0 035 0 030 16 00 18 00 1 5 2 5 锻件 成分 0 1450 420 530 0130 00516 182 47 1 1 2 力学性能 锻件在热处理后 进行轴向力学性能检查 室温 测试结果应符合表2规定 其中还列出了典型尺寸 交货锻件的力学性能结果 5 2005 No 3 特钢技术 2005年第3期 表2 1C17Ni2锻件的力学性能要求 Table2 Mechanicalpropertie srequirementof1Cr17Ni2 forgings 项 目 0 2 MPa b MPa 5 Aku J 标准 833 1078 10 30 39 检验结果1030 10301380 137013 1346 4364 62 66 注 力学性能取自交货态锻件的一头 直径约为105mm 检验试 样从横截面的1 2半径处切取 经加工后直接进行纵向力学性能测试 1 2 试制工艺流程 非真空感应炉冶炼电极棒 300mm 电渣重熔 550mm 2000t压机锻造棒材 退火 车光成锻件 毛坯 毛坯热处理 冷切取样 检验 1 3 研究方法 因为锻件和小尺寸的试样热处理后性能差别很 大 本次试制的试验研究一般是在接近锻件尺寸的 试样上进行的 所以很多试验都是结合了其它研究 者的成果后做的热处理对比实验 而不是在某一段 温度范围内进行的多点实验 2 分析与讨论 2 1 试样尺寸对热处理结果的影响 因为不锈钢的合金含量一般较高 其热传导系 数要低于一般的合结钢 在热处理中 对尺寸较大的 锻件来讲 随锻件尺寸的变化 热处理的力学性能结 果会大不相同 用同一炉号的1Cr17Ni2试样做了 相关的对比试验 测试结果如表3所示 从中可以明 显看出 热处理后主要是 5 Aku的差异比较大 横截面的尺寸越小 其性能就好 0 2 b的变化没有 统一的规律 但是其数据和技术条件相比 富余量比 较大 所以我们不做讨论 图1是20mm 20mm试样 序号 B 热处理后的 金相组织照片 图2是 150mm试样热处理后的金 相组织照片 从金相分析的结果来看 尺寸越大的 试样 热处理后铁素体的含量越多 且分布更趋于集 中分 布 铁 素 体 晶 粒 尺 寸 也 越 大 这 是 造 成 1Cr17Ni2韧性恶化的主要因素 和一些资料 1 研究 的结果是一致的 尺寸越大的试样 在淬火时 冷却 速度越小 使得固溶时溶解了的碳化物在晶界重新 析出 导致晶界铁素体形成元素比例的升高 除了会 生成少量的铁素体外 原有的铁素体晶粒还会长大 此外 由于冷却速度较慢 大截面锻件的淬火过程中 会在晶界析出 Cr Fe 23C6等碳化物 这些碳化物在 其后的热处理中又不能得到溶解 这也是造成其韧 表3 不同尺寸的试样热处理后的力学性能 Table3 Mechanical properties of the samples in different sizes after heat treatment 热处理制度序号热处理试样 0 2 MPa b MPa 5 Aku J 1030 1h OC 330 3h AC 1030 3h OC 330 6h AC A 10mm1020138516 563103 B20 mm94514101436 C 150mm1125141511 532 5 D20 mm9951490185384 a 100 b 400 热处理制度 1030 1h OC 330 3h AC 图1 20mm 20mm试样 序号 B 热处理后的金相组织照片 Fig1 Metallograph of the 20mm sample after heat treatment 6 雷德江 不锈钢1Cr17Ni2锻件的热处理工艺研究 2005年第3期 a 100 b 400 热处理制度 1030 1h OC 330 3h AC 图2 150mm试样热处理后的金相组织照片 Fig2 Metallograph of the 150mm sample after heat treatment 表4 不同回火温度对性能的影响 Table4 Effect of different tempering temperatures on the properties 热处理制度 0 2 MPa b MPa 5 Aku J 1030 4h OC 520 5h AC 1030 3h OC 330 5h AC 9051140145116 8651130124721 10101360144574 10201360134574 性恶化的一个原因 2 2 回火温度对力学性能的影响 资料 2 的研究结果表明 1Cr17Ni2具有550 回 火脆性 在这一温度回火的试样有最低的韧性并展 现出典型的脆性晶间断裂 因此推荐的热处理要求 回火大于600 实际也有生产中使用520 处理 零件 6 但是限于叶片成品 其厚度远小于锻件 表 4是 110mm锻件经不同回火温度后的性能力学对 比 从表中可以看出 两种热处理对强度的影响是 非常明显的 所谓的脆性降低仅是冲击韧性的变化 而材料的延伸率和断面收缩率与330 差异并不 大 资料 2 3 均认为 回火脆性的降低是P Cr Ni 等元素在晶界偏聚的结果 和残余奥氏体无关 从 二者的综合性能比较 我们选用330 做为回火温 度 在成品处理时调整了回火时间 相关的实验也 表明 适当地延长回火时间有利于冲击韧性的提高 3 结论 通过对以上问题的研究 认为以下两点对 1Cr17Ni2锻件热处理的主要参数选择有很大的指导 意义 从某种程度上也适用于类似钢种的热处理 3 1 1Cr17Ni2锻件的尺寸对热处理有非常明显的 影响 由于锻件热处理后铁素体含量较多 尺寸也较 大 加之碳化物析出要多一些 使得材料的韧性降低 非常明显 3 2 比较综合性能 1Cr17Ni2锻件热处理的回火温 度选择330 更为合理 回火时间适当地延长 有 利于提高材料的韧性 致谢 1Cr17Ni2锻件的试制和相关试验是攀钢集团 长钢公司和钢铁研究总院合作完成的 借此机会对 钢研总院结构材料研究所杨志勇高级工程师 易邦 旺高级工程师 李文辉工程师和攀长钢郭元枢高级 工程师及相关领导致以衷心感谢 截稿日期20052062 13 参考文献 1 马自忠 奥氏体化温度对Cr17Ni2钢组织和性能的影响 金属热处理 Z 1999年第7期 2 Liu Ning 热处理对含17 Cr 2 Ni的马氏体 铁素体不锈钢显微组织和力学性能的影响 双相钢译文集 M 长城特殊钢公司 1993 3 徐祖耀著 马氏体相变与马氏体 Z 科学技术出版社 1999年 第二版 4 胡光立 谢希文编著 钢的热处理 原理和工艺 M 西安 西北工业大学出版社 1993年 修订版 5 李传信 1Cr17Ni2在冶金生产中的几个问题 Z 第九届全国不锈钢年会 1992 7 第10卷第3期总第42期 SPECIAL STEEL TECHNOLOGY Vol 10 No 3 Sum 44