不銹鋼鍛造的特點
信息來源：求和不銹鋼 時間：2019-02-28 13:19:49 瀏覽次數(shù):-
含鉻15%～30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應力腐蝕性能優(yōu)于其他種類不銹鋼，屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕，并具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小等特點，用于硝酸及食品工廠設備，也可制作在高溫下工作的零件，如燃氣輪機零件等。
一、不銹鋼的種類及特性
不銹鋼既是耐蝕材料，乂可以作耐熱材料， 還可以作低溫材料及無磁材料。
從化學成分來看，不銹鋼鉻的質量分數(shù)一般都在12%以上，另外還含有一種或多種其他合金元素，所含合金元素的綜合影響的結果，產(chǎn)生了三種基本類型的不銹鋼，即奧氏體型、馬氏體型和鐵素體型，還有介于這二種類塑之間以及派生的其他類型的不銹鋼。不銹鋼在使用條件下，可以具備奧氏體、鐵索體、回火馬氏體組織，其分布見圖。
奧氏體型不銹鋼是在w(Cr)18%的不銹鋼中加人鎳、錳、氮等奧氏體形成元素而獲得的鋼種系列，其中w(Cr)18%-w(Ni) 8%型是最基本的一類。用錳或氮代替部分鎳而獲得的Cr-Ni-Mni或Cr-Ni-Mn-N不銹鋼，屬于節(jié)鎳型的鋼種。美國AISI300系列的就屬于奧氏體型不銹鋼。該鋼種無論在室溫或高溫，始終保持奧氏體組織，無法熱處理強化，通常在固溶狀態(tài)下使用，具有最佳的塑性，韌性及良好的加工成形性能，還具有良好的酎腐蝕及抗氧化性能，通過冷變形還可獲得高的強度。所以，奧氏體不銹鋼一般用于要求耐腐蝕、抗氧化或在較高溫度下工作，對強度要求不很高，以及在較低溫度下使用的零部件。對這類不銹鋼應加以注意的問題是經(jīng)600-860℃敏化處理后存在晶間腐蝕傾向，另外如加工處埋和使用環(huán)境不當還存在應力腐蝕及氫脆的敏感性。
鐵素體不銹鋼為體心立方（bcc)結構，鉻固溶于體心立方的a-Fe固溶體中，w(Cr)一般在13%-30%范圍內，不發(fā)生相變，其耐蝕性就總體而言它不及奧氏體不銹鋼，但在抗應力腐蝕性能方面卻優(yōu)于奧氏體不銹鋼。然而，由于間隙元素控制不當，可呈現(xiàn)475℃脆性、cr相脆性和離溫腧性（加熱至950℃以上）。當采用先進的冶煉工藝，使碳氮的質梁分數(shù)降低到100×10-6以下，可避免上述脆性的出現(xiàn)。從發(fā)展趨勢看，它將代替邡分奧氏體鋼。但是，對空氣冶煉的鐵素體不銹鋼，在選擇熱變形工藝參數(shù)時，對上述“三脆”和晶粒長大的急劇性（見圖 )必須加以注意。
馬氏體型不銹鋼的W(Cr) 一般在12％-18％范圍內，當加熱到高溫時組織為奧氏體；冷卻到室溫時為馬氏體，可熱處理強化。它是一種理想的耐蝕、耐熱型結構材料。常用的CrB型鋼，淬火后的強度、硬度隨含碳量增加而提高， 但耐腐蝕性及塑、韌性卻隨之降低。該類型鋼，具有很高的熱強性和較好的抗蝕件，特別適合制作在550-600℃以下及濕熱條件下工作的承力件。這類型鋼的耐蝕性不如鐵素體型不銹鋼和奧氏體甩不銹鋼。因此，在制訂熱工藝參數(shù)時，必須綜合考慮對其抗腐蝕性能，特別是抗應力腐蝕性能的影響，以及對耐熱性和塑性的影響。
沉淀硬化型不銹鋼兼有奧氏體型不銹鋼和馬氏體型不銹鋼優(yōu)點的過渡型不銹鋼，它本身又分為奧氏體型、半奧氏體型和馬氏體型。其成分特點是w(Cr)在12%以上，w(C)大多在0.1%以下，還含有鋁、鈦、鎢、鉬等，以形成化合物和進行強化。它通過固溶（淬火）得到奧氏體（含少量鐵素體），然后可分別采用冷處理、調整處理或冷變形來得到馬氏體，最后進行時效產(chǎn)生沉淀硬化。它們具有代表性的牌號是：0Crl7Ni4Cu4Nb (17-4PH )——馬氏體型，0Crl7Ni7Al(17—7PH )——半馬氏體型，A266—奧氏體型。在各類不銹鋼中，它變形溫度范圍較窄，工藝塑性最差，硬化傾向最大，易發(fā)生晶粒長大，所以要求嚴格控制變形工藝參數(shù)。
二、變形溫度的選擇和加熱要求
1.確定變形溫度的原則
奧氏體和鐵素體不銹鋼，在加熱和冷卻過程中無相的重結晶轉變，鍛件晶粒度的控制主要取決于始鍛和終鍛溫度，以及終鍛溫度下的變形量的控制，熱處理無法使晶粒細化。
奧氏體和馬氏體不銹鋼的鍛造加熱溫度主要受離溫鐵素體形成溫度的限制。加熱溫度過高時，奧氏體不銹鋼中的α相鐵素體量和馬氏體不銹鋼中的δ相鐵素體量便會顯著增多，使鋼的塑性下降。由于α相（或δ相）與γ相的力學性能不同，塑性變形時，產(chǎn)生的變形不均勻，在兩相界面上將產(chǎn)生裂紋。這兩種不銹鋼中α相和δ相鐵素體的出現(xiàn)溫度大致在 1000-1300℃范圍內，隨鋼號不同而有所變化。
2.變形溫度的選擇
鐵素體不銹鋼在加熱過程中晶粒易于長大，為了獲得細晶粒組織，減輕晶間腐蝕和缺口敏感性，應盡可能在低的湛度不鍛造，一般始鍛溫度為1120℃，終鍛溫度為700-800℃，而且不允許高于800℃。
馬氏體不銹鋼的始鍛溫度一般取1150℃, 終鍛溫度隨其碳含最而異，高碳的取925℃，低碳的取850℃,兩者均應離于鋼的同素異構轉變溫度。
奧氏體不銹鋼的始鍛溫度范圍一般為1150-1200℃,終鍛溫度一般為825-850℃。對于普通的18-8型始鍛溫度取1200℃,當含鉬或含高硅則取低于1150℃,對于25-12型和25-20型，使鍛溫度不高于1150℃,其終鍛溫度均不低于925℃。
沉淀硬化不銹鋼的始鍛溫度范圍一般取1120-1180℃,終鍛溫度一艤為850-950℃。對于馬氏體型始鍛溫度取1180℃，終鍛溫度不低于850℃,形狀較復雜的零件應回爐緩冷；對于半奧氏體型始鍛溫度取1150℃,終鍛溫度取高于950℃。
不銹鋼的鍛造溫度范圍見表中。
此外，為了得到細晶粒組織，對終鍛工序或 精壓工序等應將始鍛溫度取低些，一般可比規(guī)定 溢度降低50~8(TC。
3.加熱要求
為了確保耐蝕性，不銹鋼宜在保護性氣氛、 中性氣氛或傲氧化性氣氛中加熱，不許在還原性氣氛或過分氧化中加熱，也不許火焰直接噴射在毛坯上，否則會使鋼增碳或使晶界區(qū)貧鉻，而降低鋼的抗晶界腐蝕的能力。
鍛件在高溫區(qū)的停留時間不宜過長，否則易造成嚴重氧化，元素貧化和晶粒粗化，具體吋按表重選擇，一般不得少于10-20min。其他加熱要求和結構鋼類同。
三、鍛后冷卻的控制
由不銹鋼組織結構的特殊性所決定，對鍛后冷卻應當控制。對馬氏體不銹鋼應當緩冷至600℃左右，然后空冷，以免產(chǎn)生馬氏體相變裂紋和475℃脆性；對鐵素體和奧氏體不銹鋼鍛后都要求快冷，以免鐵素體不銹鋼出現(xiàn)475℃脆性和奧氏體不銹鋼沿晶界析出cr23c6面增加晶間腐蝕傾向。奧氏體不銹鋼的敏化溫度為480-815℃左右，這時將有Cr23C6沿晶界析出，大大降低抗蝕性能，所以在這些狙度區(qū)間不得停留，、必須快冷。
四、變形后*工序的安排
變形后續(xù)工序的安排，對不銹鋼的酎蝕性和鍛件質量有較大影電。馬氏體不銹鋼有著良好的淬透性，在鍛后冷卻過程中即可產(chǎn)生馬氏體相變，所以鍛件的酸洗清理工序必須安排在回火處理之后進行，否則會產(chǎn)生龜裂——應力腐蝕裂紋，鍛后應及時回火處理，否則會出現(xiàn)自然開裂現(xiàn)象。對鐵素體和奧氏體不銹鋼為防止晶間腐蝕。只要鍛件使用性能要求允許，鍛后可在1050-1070℃退火，然后水淬，使Cr23C8保留在固溶體中，可減輕晶間腐蝕敏感性。奧氏體不銹鋼往往經(jīng)冷變形使用，只要按“固溶處理一冷變形一敏化處理”工序順序，就具有優(yōu)異的抗應力腐蝕和抗晶間腐蝕性能，但是決不允許按“固溶處理一敏化處理一冷變形”工藝順序。因為后者導致耐蝕性急驟下降。
綜上所述，對不銹鋼鍛件來說，壓力加工工 藝安排不僅要考慮塑性變形的良好成形性和工藝 性，更重要的是通過合理的壓力加工變形和后續(xù) 處理11序獲得細小彌散的碳化物質點（而不是 沿晶界分布。
五、變形程度的控制
鐵素體和奧氏體不銹鋼由于沒有同素異構轉變，零件的晶粒尺寸不能用熱處理方法細化，只能靠所選用的鍛造過程的熱力學參數(shù)來控制。馬氏體不銹鋼雖有同素異構轉變，如加熱溫度高、終鍛變形程度小時，可能由于組織遺傳引起低倍 粗晶。因此，對不銹鋼材料除控制適宜的終鍛溫度外，最后一火次應具有足夠大的變形量，終鍛變形程度應大于12%-20%。鐵素體不銹鋼加熱時晶粒長大的傾向最大，終鍛變形程度應不低于30%。對于不銹鋼鋼錠，鍛造比一般取2-3。這 時鋼錠的柱狀晶可以得到充分破碎，鋼錠中心區(qū)的微裂紋和孔隙可以得到焊合，從而得到細晶組織。 例如，鍛造Cr23Ni8鋼錠，當鍛造比為2.15時，強度指標比鑄鋼提高30%-50%。
六、對原材料中α相含量的控制
如前所述，奧氏體不銹鋼中存在α相時，鍛造時易在兩相的界面處開裂。奧氏體不銹鋼原材料中α相較多時。為避免鍛造時開裂，不應采用鐓粗、沖孔等附加拉應力較大的成形工序。 因此，照材料中的α相體積分數(shù)應加以控制，最多不超過10%。
各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
一、不銹鋼的種類及特性
不銹鋼既是耐蝕材料，乂可以作耐熱材料， 還可以作低溫材料及無磁材料。
從化學成分來看，不銹鋼鉻的質量分數(shù)一般都在12%以上，另外還含有一種或多種其他合金元素，所含合金元素的綜合影響的結果，產(chǎn)生了三種基本類型的不銹鋼，即奧氏體型、馬氏體型和鐵素體型，還有介于這二種類塑之間以及派生的其他類型的不銹鋼。不銹鋼在使用條件下，可以具備奧氏體、鐵索體、回火馬氏體組織，其分布見圖。
奧氏體型不銹鋼是在w(Cr)18%的不銹鋼中加人鎳、錳、氮等奧氏體形成元素而獲得的鋼種系列，其中w(Cr)18%-w(Ni) 8%型是最基本的一類。用錳或氮代替部分鎳而獲得的Cr-Ni-Mni或Cr-Ni-Mn-N不銹鋼，屬于節(jié)鎳型的鋼種。美國AISI300系列的就屬于奧氏體型不銹鋼。該鋼種無論在室溫或高溫，始終保持奧氏體組織，無法熱處理強化，通常在固溶狀態(tài)下使用，具有最佳的塑性，韌性及良好的加工成形性能，還具有良好的酎腐蝕及抗氧化性能，通過冷變形還可獲得高的強度。所以，奧氏體不銹鋼一般用于要求耐腐蝕、抗氧化或在較高溫度下工作，對強度要求不很高，以及在較低溫度下使用的零部件。對這類不銹鋼應加以注意的問題是經(jīng)600-860℃敏化處理后存在晶間腐蝕傾向，另外如加工處埋和使用環(huán)境不當還存在應力腐蝕及氫脆的敏感性。
鐵素體不銹鋼為體心立方（bcc)結構，鉻固溶于體心立方的a-Fe固溶體中，w(Cr)一般在13%-30%范圍內，不發(fā)生相變，其耐蝕性就總體而言它不及奧氏體不銹鋼，但在抗應力腐蝕性能方面卻優(yōu)于奧氏體不銹鋼。然而，由于間隙元素控制不當，可呈現(xiàn)475℃脆性、cr相脆性和離溫腧性（加熱至950℃以上）。當采用先進的冶煉工藝，使碳氮的質梁分數(shù)降低到100×10-6以下，可避免上述脆性的出現(xiàn)。從發(fā)展趨勢看，它將代替邡分奧氏體鋼。但是，對空氣冶煉的鐵素體不銹鋼，在選擇熱變形工藝參數(shù)時，對上述“三脆”和晶粒長大的急劇性（見圖 )必須加以注意。
馬氏體型不銹鋼的W(Cr) 一般在12％-18％范圍內，當加熱到高溫時組織為奧氏體；冷卻到室溫時為馬氏體，可熱處理強化。它是一種理想的耐蝕、耐熱型結構材料。常用的CrB型鋼，淬火后的強度、硬度隨含碳量增加而提高， 但耐腐蝕性及塑、韌性卻隨之降低。該類型鋼，具有很高的熱強性和較好的抗蝕件，特別適合制作在550-600℃以下及濕熱條件下工作的承力件。這類型鋼的耐蝕性不如鐵素體型不銹鋼和奧氏體甩不銹鋼。因此，在制訂熱工藝參數(shù)時，必須綜合考慮對其抗腐蝕性能，特別是抗應力腐蝕性能的影響，以及對耐熱性和塑性的影響。
沉淀硬化型不銹鋼兼有奧氏體型不銹鋼和馬氏體型不銹鋼優(yōu)點的過渡型不銹鋼，它本身又分為奧氏體型、半奧氏體型和馬氏體型。其成分特點是w(Cr)在12%以上，w(C)大多在0.1%以下，還含有鋁、鈦、鎢、鉬等，以形成化合物和進行強化。它通過固溶（淬火）得到奧氏體（含少量鐵素體），然后可分別采用冷處理、調整處理或冷變形來得到馬氏體，最后進行時效產(chǎn)生沉淀硬化。它們具有代表性的牌號是：0Crl7Ni4Cu4Nb (17-4PH )——馬氏體型，0Crl7Ni7Al(17—7PH )——半馬氏體型，A266—奧氏體型。在各類不銹鋼中，它變形溫度范圍較窄，工藝塑性最差，硬化傾向最大，易發(fā)生晶粒長大，所以要求嚴格控制變形工藝參數(shù)。
二、變形溫度的選擇和加熱要求
1.確定變形溫度的原則
奧氏體和鐵素體不銹鋼，在加熱和冷卻過程中無相的重結晶轉變，鍛件晶粒度的控制主要取決于始鍛和終鍛溫度，以及終鍛溫度下的變形量的控制，熱處理無法使晶粒細化。
奧氏體和馬氏體不銹鋼的鍛造加熱溫度主要受離溫鐵素體形成溫度的限制。加熱溫度過高時，奧氏體不銹鋼中的α相鐵素體量和馬氏體不銹鋼中的δ相鐵素體量便會顯著增多，使鋼的塑性下降。由于α相（或δ相）與γ相的力學性能不同，塑性變形時，產(chǎn)生的變形不均勻，在兩相界面上將產(chǎn)生裂紋。這兩種不銹鋼中α相和δ相鐵素體的出現(xiàn)溫度大致在 1000-1300℃范圍內，隨鋼號不同而有所變化。
2.變形溫度的選擇
鐵素體不銹鋼在加熱過程中晶粒易于長大，為了獲得細晶粒組織，減輕晶間腐蝕和缺口敏感性，應盡可能在低的湛度不鍛造，一般始鍛溫度為1120℃，終鍛溫度為700-800℃，而且不允許高于800℃。
馬氏體不銹鋼的始鍛溫度一般取1150℃, 終鍛溫度隨其碳含最而異，高碳的取925℃，低碳的取850℃,兩者均應離于鋼的同素異構轉變溫度。
奧氏體不銹鋼的始鍛溫度范圍一般為1150-1200℃,終鍛溫度一般為825-850℃。對于普通的18-8型始鍛溫度取1200℃,當含鉬或含高硅則取低于1150℃,對于25-12型和25-20型，使鍛溫度不高于1150℃,其終鍛溫度均不低于925℃。
沉淀硬化不銹鋼的始鍛溫度范圍一般取1120-1180℃,終鍛溫度一艤為850-950℃。對于馬氏體型始鍛溫度取1180℃，終鍛溫度不低于850℃,形狀較復雜的零件應回爐緩冷；對于半奧氏體型始鍛溫度取1150℃,終鍛溫度取高于950℃。
不銹鋼的鍛造溫度范圍見表中。
此外，為了得到細晶粒組織，對終鍛工序或 精壓工序等應將始鍛溫度取低些，一般可比規(guī)定 溢度降低50~8(TC。
3.加熱要求
為了確保耐蝕性，不銹鋼宜在保護性氣氛、 中性氣氛或傲氧化性氣氛中加熱，不許在還原性氣氛或過分氧化中加熱，也不許火焰直接噴射在毛坯上，否則會使鋼增碳或使晶界區(qū)貧鉻，而降低鋼的抗晶界腐蝕的能力。
鍛件在高溫區(qū)的停留時間不宜過長，否則易造成嚴重氧化，元素貧化和晶粒粗化，具體吋按表重選擇，一般不得少于10-20min。其他加熱要求和結構鋼類同。
三、鍛后冷卻的控制
由不銹鋼組織結構的特殊性所決定，對鍛后冷卻應當控制。對馬氏體不銹鋼應當緩冷至600℃左右，然后空冷，以免產(chǎn)生馬氏體相變裂紋和475℃脆性；對鐵素體和奧氏體不銹鋼鍛后都要求快冷，以免鐵素體不銹鋼出現(xiàn)475℃脆性和奧氏體不銹鋼沿晶界析出cr23c6面增加晶間腐蝕傾向。奧氏體不銹鋼的敏化溫度為480-815℃左右，這時將有Cr23C6沿晶界析出，大大降低抗蝕性能，所以在這些狙度區(qū)間不得停留，、必須快冷。
四、變形后*工序的安排
變形后續(xù)工序的安排，對不銹鋼的酎蝕性和鍛件質量有較大影電。馬氏體不銹鋼有著良好的淬透性，在鍛后冷卻過程中即可產(chǎn)生馬氏體相變，所以鍛件的酸洗清理工序必須安排在回火處理之后進行，否則會產(chǎn)生龜裂——應力腐蝕裂紋，鍛后應及時回火處理，否則會出現(xiàn)自然開裂現(xiàn)象。對鐵素體和奧氏體不銹鋼為防止晶間腐蝕。只要鍛件使用性能要求允許，鍛后可在1050-1070℃退火，然后水淬，使Cr23C8保留在固溶體中，可減輕晶間腐蝕敏感性。奧氏體不銹鋼往往經(jīng)冷變形使用，只要按“固溶處理一冷變形一敏化處理”工序順序，就具有優(yōu)異的抗應力腐蝕和抗晶間腐蝕性能，但是決不允許按“固溶處理一敏化處理一冷變形”工藝順序。因為后者導致耐蝕性急驟下降。
綜上所述，對不銹鋼鍛件來說，壓力加工工 藝安排不僅要考慮塑性變形的良好成形性和工藝 性，更重要的是通過合理的壓力加工變形和后續(xù) 處理11序獲得細小彌散的碳化物質點（而不是 沿晶界分布。
五、變形程度的控制
鐵素體和奧氏體不銹鋼由于沒有同素異構轉變，零件的晶粒尺寸不能用熱處理方法細化，只能靠所選用的鍛造過程的熱力學參數(shù)來控制。馬氏體不銹鋼雖有同素異構轉變，如加熱溫度高、終鍛變形程度小時，可能由于組織遺傳引起低倍 粗晶。因此，對不銹鋼材料除控制適宜的終鍛溫度外，最后一火次應具有足夠大的變形量，終鍛變形程度應大于12%-20%。鐵素體不銹鋼加熱時晶粒長大的傾向最大，終鍛變形程度應不低于30%。對于不銹鋼鋼錠，鍛造比一般取2-3。這 時鋼錠的柱狀晶可以得到充分破碎，鋼錠中心區(qū)的微裂紋和孔隙可以得到焊合，從而得到細晶組織。 例如，鍛造Cr23Ni8鋼錠，當鍛造比為2.15時，強度指標比鑄鋼提高30%-50%。
六、對原材料中α相含量的控制
如前所述，奧氏體不銹鋼中存在α相時，鍛造時易在兩相的界面處開裂。奧氏體不銹鋼原材料中α相較多時。為避免鍛造時開裂，不應采用鐓粗、沖孔等附加拉應力較大的成形工序。 因此，照材料中的α相體積分數(shù)應加以控制，最多不超過10%。
各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
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