文/李曉芳，關(guān)再興·太原重工股份有限公司鍛造分公司

0Cr17Ni4Cu4Nb產(chǎn)品的試制分析

文/李曉芳，關(guān)再興·太原重工股份有限公司鍛造分公司

李曉芳，研究所工藝員，助理工程師，主要從事鍛造工藝編制，鍛件質(zhì)量問題處理等工作。

0Cr17Ni4Cu4Nb為我廠最新引進(jìn)的材料，該鋼具有良好的耐腐蝕性，耐蝕性優(yōu)于一般馬氏體不銹鋼，與一般奧氏體不銹鋼相似。它具有良好的切削性能，不需預(yù)熱就可以焊接并且焊后可不進(jìn)行局部退火。它主要用于制造耐蝕和高強(qiáng)度部件如噴氣發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)機(jī)匣及大型汽輪機(jī)末級葉片。

0Cr17Ni4Cu4Nb材質(zhì)屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，對于冶煉、鍛造、鍛后熱處理等要求均很嚴(yán)格。本次試制的目的是為0Cr17Ni4Cu4Nb產(chǎn)品的制造形成一套完整的工藝流程，為后續(xù)同材質(zhì)產(chǎn)品的制造奠定基礎(chǔ)。通過實(shí)際生產(chǎn)，跟蹤記錄工藝執(zhí)行具體參數(shù)，來研究沉淀硬化不銹鋼產(chǎn)品合理的工藝參數(shù)，如鍛造溫度、最終成形的鍛造比、熱處理工藝參數(shù)等。

技術(shù)條件

通過對產(chǎn)品的交貨藍(lán)圖、訂貨技術(shù)要求的研究和消化，編制鍛造工藝、機(jī)加工工藝和熱處理工藝。

⑴化學(xué)成分按GB/T 1220-2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，做化學(xué)成分分析。

⑵毛坯鍛造完成檢驗(yàn)合格固溶后（經(jīng)1020～1060℃快速水冷的固溶處理后，進(jìn)行570～590℃的時(shí)效處理），打硬度，要求HRC≥31，同材質(zhì)鍛件視為一批，拉伸試驗(yàn)性能要求：Rp0.2≥865MPa，Rm≥1000MPa，A≥13%，Z≥45%。

⑶超聲波探傷按JB/T 5000.15-2007標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ級執(zhí)行。

生產(chǎn)過程

鋼錠采用精煉+真空除氣的冶煉方法，鋼錠表面光潔無裂紋、結(jié)疤、重皮和接痕。大于5mm的錠身表面缺陷須進(jìn)行修磨,最深不得大于10mm，打磨要圓滑過渡，且長寬要大于深度的5倍。為了保證鍛件的力學(xué)性能，要求冶煉中嚴(yán)格控制各化學(xué)元素的含量，成分有上下限要求時(shí)，主要合金元素盡量按中限控制。S、P等有害雜質(zhì)元素和氣體含量，盡可能往低控制。保證后續(xù)鍛件成分在要求的范圍之內(nèi)。錠身比占鋼錠總重82%以上。鋼錠的化學(xué)成分見表1。

表1 化學(xué)成分表

鍛造

此批產(chǎn)品的坯料分別為0.55t鋼錠和φ200mm× 80mm鍛坯，本產(chǎn)品種類及數(shù)量多，且產(chǎn)品尺寸較小，故采用合鍛。0.55t鋼錠可以生產(chǎn)U形夾銷軸、軸承環(huán)、導(dǎo)向條和導(dǎo)向滾輪，φ200mm×80mm的鍛坯可以生產(chǎn)導(dǎo)向銷、止擋銷和短導(dǎo)向銷三種。圖1為導(dǎo)向滾輪和導(dǎo)向條的合鍛尺寸。圖2為導(dǎo)向滾輪和導(dǎo)向條成品。

裝爐時(shí)，配爐要嚴(yán)格執(zhí)行《鍛造加熱規(guī)范》。加熱過程中，加熱人員嚴(yán)格執(zhí)行加熱工藝曲線（圖3），同時(shí)跟班檢驗(yàn)必須做好過程檢驗(yàn)記錄，包括每一火次的鍛造時(shí)間、始鍛和終鍛溫度。為防止鍛件冷速過快，鍛造前需要對壓機(jī)的上、下砧子進(jìn)行預(yù)熱，使其溫度達(dá)到100℃以上。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼熱加工性能良好，加熱溫度不宜過高，鍛造溫度為1180～950℃，鍛造時(shí)用手持測溫儀對終鍛溫度嚴(yán)格控制，低于950℃時(shí)要及時(shí)回爐重新加熱。鍛造結(jié)束后，鍛件要及時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)到熱處理爐進(jìn)行退火處理。

圖1 導(dǎo)向滾輪和導(dǎo)向條的合鍛尺寸

圖2 導(dǎo)向滾輪和導(dǎo)向條成品

0Cr17Ni4Cu4Nb可鍛溫度區(qū)間小，鍛造時(shí)要求動作迅速快捷，壓下量較小且均勻。生產(chǎn)人員嚴(yán)格執(zhí)行鍛造工藝，同時(shí)檢驗(yàn)人員應(yīng)及時(shí)、全面、準(zhǔn)確做好過程記錄。鍛造主要工序?yàn)榕髁蠅涸▔罕夥剑┨栍?、壓出臺階。

熱處理

0Cr17Ni4Cu4Nb的Ms約在121℃、Mf約在32℃，通過固溶處理可獲得板條狀馬氏體。由于含碳極低，鍛造后的馬氏體強(qiáng)度、硬度都不高，且這時(shí)鋼中存在內(nèi)應(yīng)力，若直接使用，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，0Cr17Ni4Cu4Nb屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，固溶+時(shí)效后（圖4），可使過飽和的馬氏體中析出富Cu相、碳化物NbC等強(qiáng)化相，使基體強(qiáng)化，并消除馬氏體的應(yīng)力，組織成為淬火馬氏體+時(shí)效馬氏體，并有殘余奧氏體存在，在580℃時(shí)效處理后強(qiáng)度較高。時(shí)效處理時(shí)，合金的組織轉(zhuǎn)變是很復(fù)雜的。

圖3 鍛造加熱工藝圖

圖4 固溶+時(shí)效熱處理工藝圖

特別是固溶+時(shí)效時(shí)，同時(shí)發(fā)生了三種截然不同的反應(yīng)：第一種是沉淀硬化反應(yīng)；第二種是馬氏體基體的回火；第三種是部分基體逆轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。形成奧氏體的量是時(shí)效時(shí)間和溫度的函數(shù)，時(shí)效時(shí)間越長或時(shí)效溫度越高，逆轉(zhuǎn)變奧氏體數(shù)量越多。熱處理人員嚴(yán)格執(zhí)行該材料熱處理工藝，并請檢驗(yàn)人員做好記錄。

固溶處理完成后，打硬度，要求HRC≥31，同材質(zhì)鍛件視為一批，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出產(chǎn)品的力學(xué)性能符合要求。

表2 固溶處理后的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)束語

我公司根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，跟蹤記錄了產(chǎn)品工藝的具體執(zhí)行參數(shù)，對材質(zhì)為0Cr17Ni4Cu4Nb的馬氏體沉淀硬化不銹鋼鍛件的生產(chǎn)制造工藝進(jìn)行了細(xì)化和固化，形成了此種材質(zhì)鍛件的全套產(chǎn)品，通過完成此批工序及工藝規(guī)范，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，即克服生產(chǎn)過程中的困難，形成完整、成熟的全流程工序的工藝規(guī)范。