17-4PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼鍛造開裂問題的解決措施

1、174PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼鍛造開裂問題的解決措施17-4PH兼有強度高、耐蝕性好的優(yōu)點，傳統(tǒng)的工藝為固溶+時效處理，普遍采用的固溶溫度為1040，隨著時效溫度和時效時間的延長，其強度和硬度升高，而塑韌性降低，因此就容易引起鍛造開裂現(xiàn)象。在本文的研究中，在傳統(tǒng)工藝的基礎上，增加對相關化學成分的調整處理，可以細化馬氏體基體組織，提高材料的韌性及耐蝕性。117-4PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼的特點和應用1.1特點分析17-4PH鋼屬于沉淀、硬化不銹鋼。強度水平相當于Cr13型馬氏體不銹鋼，耐蝕性相當于18-8型奧氏體不銹鋼。有良好的冷、熱加工性能和焊接性能和鑄造性能。1.2應用17-4PH不銹鋼廣泛

2、應用于飛機發(fā)動機、導彈、化工設備、核反應推重、制作400以下工作零件。海上平臺、直升機、甲板、航天渦旋機葉片、核廢物桶等等。美國一些先進的飛機發(fā)動機如CFM-56CFM-80等。不少中溫工作的承力件用17-4PH鋼制作。在我國新研制的某型號發(fā)動機中也有不少17-4PH鋼的零件。在我國首先研制并獲得應用的沉淀硬化不銹鋼也是17-4PH鋼，但到目前為止應用時間不久。2鍛造開裂原因分析近期對17-4PH合金是沉淀、硬化馬氏體不銹鋼材料用度越來越廣。但產品在鍛造過程中表層開裂特別嚴重。鋼錠是電渣重熔冶煉。鋼錠通過機床加工兩端和外徑車光，無重熔時暫留缺陷。在鐓粗過程、拔長過程、壓下過程都會產生嚴重開裂事

3、故，導致生產不能正常進行，不得不停產分析開裂原因。2.1鍛造加熱溫度過高考慮到為了增加抗腐蝕能力，材料中銅熔點為1083，當加熱溫度超過1100，因選擇性氧化作用富銅層將熔化侵蝕鋼表層晶粒界。在1100以上鍛造時，會發(fā)生熱脆現(xiàn)象，使鍛件表層發(fā)生魚鱗狀開裂現(xiàn)象。基于這個理論，我們首先制訂了兩種試驗方案：將鍛造加熱溫度調整為1100，始鍛溫度為1080，終鍛溫度為880。進行溫鍛試驗，加熱溫度為880，始鍛溫度為860，終鍛溫度為660。在制訂方案并實施的同時筆者與上海材料研究所、武漢大學取得聯(lián)系，將17-4PH的鍛造過程開裂情況與專業(yè)高級工程師、武漢大學他們的意見，也是建議降低鍛造溫度嚴格控制鍛

4、造過程，按照新的試驗方案進行了試驗鍛造的試驗件、鍛件仍開裂。方案進行溫鍛試驗因變形抗力大，無法完全成形。至此，生產試驗工作不能進行。為了找到鍛件開裂的真正原因，筆者在自由鍛錘上做了小件模擬性試驗。首先把鍛件在錘上輕鍛六面，開始重鍛，鍛件未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。為了找到產品開裂的真正原因，用遠紅外測溫儀檢測連續(xù)鍛造過程，發(fā)現(xiàn)產品在大約985左右這個溫度正好是鍛造的紅脆區(qū)。即高溫脆性又可稱熱脆性。鋼的沖擊韌度極低，至此高溫下鍛造易產生裂紋。通過幾次試驗確定17-4PH鍛造開裂的真正原因是拔長過程中鍛造溫度控制不當而造成。2.2化學成分控制不否合理17-4PH不銹鋼的化學成分控制（見表1）。國產變形鋼和鑄鋼

5、的相應排號分別為Cr17Ni4Cu4Nb和ZGOCr17Ni4Cu3Nb，17-4PH為超低碳鋼，不利用碳起固溶強化和碳化物強化的作用。碳量多會使鋼的韌性、耐蝕性和焊接性能降低，銅含量多會使鋼字鍛造過程增加難度。磷在晶界偏折與Nb-C-P的相互作用有關，當6nbc20時，鋼的韌性低，當nbc6時，鋼的韌性高，nb和p生成nbp，與碳作用生成nbc，當nbc生成量增加，碳在晶界的數(shù)量減少，磷便擴散到晶界上，形成磷偏折，使鋼變脆，這也就增加了鑄件開裂的可能性。17-4ph鋼中銅是產生時效硬化的元素，在奧氏體中的溶解度達9%而在鐵素體中的溶解度在室溫下小于0.2%。固溶處理時銅溶于基體，在冷卻轉變的

6、馬氏體中有很大的過飽和度，在隨后的時效中，即富銅相中基體中彌漫沉淀，產生硬化效果，但是銅的含量過多則易產生晶界偏折，降低鋼的塑性和韌性，還易產生鍛造時裂紋。3解決措施3.1做好溫度控制通迪試驗后得出結論17-4PH的鋼材的最高加熱溫度不大于1260，不會產生過熱問題。經(jīng)過試驗探討后決定鐓粗后拔長連續(xù)鍛造的加熱溫度調整到1260，出爐后在壓機上輕壓外圓四周，然后重壓保證終鍛溫度在1000以上，整個過程用測溫儀監(jiān)控，成功解決了鍛件開裂情況為今后生產17-4PH的材料奠定了技術基礎。3.2科學限制相關化學成分的含量首先必須限制碳和銅的含量，若碳量增多，就有多余的碳替代晶界上磷，鋼的韌性提高，所以鈮取

7、中下限為宜。錳和硅均不是主要合金元素，在熔煉過程中它們能對其他元素起保護作用，防止其氧化。硅還能提高鋼液的流動性。鉻和鎳是17-4PH鋼中的主要元素，保證鋼在室溫和高溫有高的力學性能和抗蝕性。其次，鉻量不應低于15.5%，鉻不有抗氫脆的作用。第三，合理控制鎳和鈮等化學成分的含量。鎳既提高鋼的強度又提高韌性，鈮和鉬都是碳化物形成元素，一般17-4PH中僅加鈮，在鋼中生成NbC，呈細小顆粒狀分布于基體中。在奧氏體化溫度NbC未完成溶解，阻礙晶粒長大。Nb還提高鋼的大抗力，而不顯著降低鋼的強度，鈮還是保證室溫和高溫強度的重要元素。具體參數(shù)及操作流程詳見表2。4結論以上所述通過調整鍛件的加熱溫度以及加熱時間，嚴格控制鍛造變形過程的始鍛溫度，成功解決了常規(guī)鍛造17-4PH材料開裂的問題，并總結出如下注意問題：17-4PH是沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼，若用于鍛件生產，在材料采購中控制冶金過程的銅含量。17-4PH是沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼連續(xù)鍛造，若終鍛溫度在880，鍛件具有開裂的風險性。用于中溫工作的承件17-4PH是沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼在實際鍛造生產過程中，熱加工工藝始鍛溫度控制在1260以下，不會產生鍛件過熱問題。17-4PH是沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼胚料連續(xù)加熱時間應保證奧氏體充分均勻化。