不锈钢的锻造工艺.doc

不锈钢的锻造工艺（马氏体、奥氏体）
一 奥氏体不锈钢的锻造
1. 概述
奥氏体不锈钢的碳质量分数小于0.25%，铬的质量分数17~19%，镍的质量分数为8%~18%，如12Cr18Ni9等。为节镍，用锰或氮代替部分镍而获得的Cr-Ni-Mn或Cr-Ni-Mn-N不锈钢。
奥氏体不锈钢不发生组织转变，不能用热处理强化，只能通过热锻成形和再结晶获得高的强度。奥氏体不锈钢通常在固溶状态下使用，具有最佳的塑性、韧性、良好的加工成型性及良好的耐蚀性和抗氧化性，因此一般用于要求耐腐蚀、抗氧化或在较高温度下工作，对强度要求不高，以及在较低温度下使用的零部件。
奥氏体不锈钢在高温下晶粒易长大，但长大倾向不如铁素体不锈钢强烈。
2. 锻造温度选择及加热要求
（1） 变形温度选择：
奥氏体不锈钢的锻造加热温度受高温铁素体（α-相）形成温度的限制，加热温度过高，α-相铁素体的量会显著增多，使钢塑性降低，使塑性变形不均匀，在两相界面产生裂纹。因此奥氏体不锈钢的始锻温度一般控制在1150~1200℃。
为防止组织中因洗出碳化物使变形抗力增加，产生锻造裂纹。所以终锻温度不应太低，一般不低于850℃。
对于普通18-8型不锈钢始锻温度取1200℃，当含钼或含高硅则取低于1150℃，对于25-12型和25-20型，始锻温度不高于1150℃，终端温度不低于925℃。
（2） 加热要求：
不锈钢导热性差，加热时要严格按照温度和速度进行：800℃以下缓慢加热(0.3~0.5mm/min)，到920℃后可快速加热。
为确保耐蚀性，加热时应严格避免渗碳，因此奥氏体不锈钢不宜在还原性气氛或过分氧化气氛中加热，也不许火焰直接喷射在毛坯上，否则使钢增碳或使晶界区贫铬，提高钢的晶间腐蚀敏感性。
锻件在高温区停留时间不宜过长，否则易造成严重过氧化、元素贫化和晶粒粗化，具体可按锻压手册P217表2-3-15选择，一般不少于10~20min。
3. 奥氏体不锈钢锻造要点
（1） 钢锭锻造时，开始轻压，当变形量达到30%后才能重压。锻造时，应单向送进，避免在一处重复压制，以防止出现中心十字裂纹。
（2） 钢锭锻造比采用4~6，钢坯取2~4，视原材料晶粒度而定。奥氏体不锈钢晶粒度大小对钢的耐蚀性有很大影响。为获得细晶粒并充分焊合中心区的微裂纹和孔隙，应保证最后一火有足够大的锻造比，变形量应大于再结晶临界变形程度，变形量一般应大于12%~20%。
（3） 变形过程中要求变形均匀，以得到较均匀的晶粒组织，圆饼锻件可考虑下列措施：
a. 采用光滑的平台和砧面，必要时润滑；
b. 平台和砧面预热到150~450℃；
c. 饼坯两端加低碳钢垫板；
d. 采用叠锻；
e. 变形时采用间歇压缩；
f. 包套镦粗。
（4） 奥氏体不锈钢冷缩率大。锻件最终成形时，应考虑较大的收缩率（15~1.7%），避免锻件在冷却后因尺寸不足造成废品。
（5） 锻件温度应在850℃以上切边（冷锻件应预热到900~950℃再切边）。
4. 锻后冷却
为避免奥氏体不锈钢沿晶界析出Cr23C6而增加晶间腐蚀倾向，所以要求锻后快冷。尤其在奥氏体敏化温度范围（480~815℃），在此区间不得停留，必须快冷。
奥氏体不锈钢锻后空冷、坑冷、砂冷均可。
5. 变形后续工序
（1） 为使锻造和空冷过程中析出的碳化物重新溶入奥氏体，得到均匀单一的常温奥氏体组织，减轻晶间腐蚀敏感性，因此锻后应进行固溶处理，即在1020~1050℃加热保温，然后水冷。为防止晶粒长大，加热温度不宜过高，保温时间不宜过长。
（2） 含Ti、Nb的奥氏体钢，固溶后再进行稳定化处理。即将钢加热到850~880℃保温空冷，此时Cr23C6溶解，TiC不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，从而降低Cr23C6的含量，降低晶间腐蚀倾向。
（3） 对经冷加工和焊接后的锻件，为消除残余应力，要进行去应力退火。
l 不含Ti、Nb的奥氏体不锈钢：加热温度不超过450℃，以防止Cr23C6析出；
l 对超低碳和含Ti、Nb的奥氏体不锈钢：加热温度不低于850℃，然后缓冷，消除应力，可减轻晶间腐蚀倾向，并提高抗应力腐蚀能力。
（4） 奥氏体不锈钢还往往经冷变形后使用，只要按“固溶处理-冷变形-敏化处理”工序进行，就可获得优异的抗应力腐蚀和抗晶间腐蚀性能。
（5） 为消除表面氧化皮和缺陷，采用先酸洗再喷砂或滚筒抛光在酸洗。
二 马氏体不锈钢的锻造
1. 概述
马氏体不锈钢碳的质量分数为0.1%~0.4%(其中9Cr18为0.9%)，铬的质量分数为12%~18%，如1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13等。
此类钢高温时为奥氏体组织，冷却到室温为马氏体组织，可通过热处理强化，提高力学性能。
马氏体不锈钢淬火后的强度、硬度随含碳量增加而提高，但耐蚀性及塑、韧性随之降低，其耐蚀性不如奥氏体不锈钢。但因该类钢具有很高的热强性和较好的耐蚀性，特别适合550~600℃以下及湿热条件工作的承力件。
2 锻造温度选择及加热要求
（1） 锻造温度选择
马氏体不锈钢加热温度不宜太高，过高组织会出现δ铁素体，使钢的塑性下降，且易在两相界面产生裂纹。因此马氏体不锈钢的始锻温度一般为1100~1150℃。
终端温度不宜太低，若温度过低，钢的塑性下降较大，易产生锻造裂纹。因此终锻温度因含碳量而异，高碳的取925℃，低碳的取850℃，均应高于钢的同素异构转变温度。
（2） 加热要求：
马氏体不锈钢的导热性差，为防止坯料开裂，在实际生产中，坯料的入炉温度应低于400℃。同时，850℃前应缓慢加热，之后才能快速加热到始锻温度。
锻件在高温区停留时间不宜过长，否则易造成严重过氧化、元素贫化和晶粒粗化，具体可按锻压手册P217表2-3-15选择，一般不少于10~20min。
3. 马氏体不锈钢锻造要点
（1） 马氏体不锈钢高温组织为单相奥氏体，锻造没有特殊困难，但在900~950℃范围内要避免重击，以防破裂。
（2） 锻造比一般取2~3；终锻变形量应大于12%~20%
（3） 终锻变形程度不易过小。若加热温度高、终锻变形程度小时，可能由于组织遗传引起低倍粗晶。
（4） 马氏体不锈钢对表面裂纹敏感，若表面有划伤，锻前应车去。
4. 锻后冷却
马氏体不锈钢对冷却速度特别敏感，空冷即可获得马氏体组织，使锻件内存在很大热应力、组织应力和残余应力，易导致表面裂纹。所以马氏体钢锻后应缓冷方式。
一般是将锻件放在200℃左右的炉中或石棉保温箱中冷却，或是转入600℃炉中保温并随炉冷却。
5. 变形后续工序
（1） 冷却后应及时进行软化退火处理（680℃~780℃保温2~4h），以消除内应力，降低硬度，便于机械加工。
（2） 马氏体不锈钢使用前需经淬火（980℃~1050℃）+回火处理，因各类零件对性能的要求不同，回火加热温度不完全相同。1Cr13、2Cr13钢需在高温（660~790℃）回火后使用；3Cr13、4Cr13及9Cr18钢需低温（200~300℃）回火后使用。
（3） 为防止产生龟裂（应力腐蚀裂纹），锻件酸洗必须安排在回火处理之后。
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