摘 要:0Cr17Ni4Cu4Nb鋼電渣錠開坯后,在鋼坯角部有裂紋產生。采用宏觀觀察、化學成分 分析、金相檢驗等方法對該鋼坯裂紋產生的原因進行分析。結果表明:開裂鋼坯中的碳、氮、鎳等元 素含量較低,導致材料的鐵素體含量較高,鐵素體條帶寬度較大;鐵素體富集區的塑性較差,最終導 致鋼坯發生開裂。提高鋼坯中的碳、氮、鎳等元素的含量,可以改善鋼坯的表面質量,避免產生 裂紋。 

關鍵詞:0Cr17Ni4Cu4Nb鋼;電渣坯;裂紋;鐵素體;塑性 

中圖分類號:TB31;TG115.2                         文獻標志碼:B                                    文章編號:1001-4012(2023)07-0068-03 

0Cr17Ni4Cu4Nb鋼是在Cr17型不銹鋼基礎上 發展起來的低碳馬氏體沉淀硬化型不銹鋼。經固溶 處理(1025~1055℃加熱保溫+空冷或油冷至室 溫)后,該鋼的組織轉變為馬氏體,基體中析出了彌 散的富銅相,并產生了沉淀硬化作用,從而使該鋼被 強化;經時效處理(480~650℃保溫+空冷)后,該 鋼的抗拉強度為930MPa~1300MPa。該鋼具有 良好的耐腐蝕性能和耐高溫性能,其焊接性能優于 馬氏體型不銹鋼,接近于某些奧氏體不銹鋼,被廣泛 應用于汽輪機葉片、核反應堆部件、緊固件和醫療器 械等領域,是用量最多的沉淀硬化型不銹鋼[1]。該 鋼具有裂紋敏感性高、塑性溫度范圍窄、導熱性差、 抗變形能力強、易寬展等特點[2],在生產過程中,其 質量控制存在一定難度。 

某鋼坯的生產流程為:電爐→鋼包精煉→真空 精煉爐 → 模 鑄 電 極 → 電 渣 重 熔 → 均 熱 爐 加 熱 (1140℃)→軋機開坯→空冷→表面檢查。在生產 過程中,發現部分鋼坯產生了軋后裂紋(見圖1)。 筆者采用一系列理化檢驗方法分析了鋼坯產生裂紋 的原因,并提出了改進措施,以避免該類問題再次 發生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察 

在開裂鋼坯的裂紋處及同批次無裂紋鋼坯上分 別取樣,編號為試樣1和試樣2,取樣位置如圖2 所示。

在試樣1橫截面上取樣,對試樣進行磨制、拋 光、腐蝕處理,然后觀察試樣的宏觀形貌,結果如圖 3所示。由圖3可知:坯料角部裂紋較為嚴重,角部 發生金屬缺失,裂紋內無金屬光澤,裂紋與表面的距 離大于30mm。 

1.2 化學成分分析

分別在試樣1和試樣2的角部取樣,對試樣進行 化學成分分析,結果如表1所示。由表1可知:試樣1 和試樣2的化學成分均滿足 GB/T8732—2014《汽 輪機葉片用鋼》的要求,但試樣1中碳、鎳、氮等元素 的含量明顯低于試樣2中碳、鎳、氮等元素的含量。

1.3 金相檢驗 

在試樣1的角部取樣,對試樣進行金相檢驗,結 果如圖4所示。由圖4可知:試樣1裂紋內部存在 明顯高溫氧化現象[3-4],坯料未進行退火處理,說明氧化產生于軋制過程之前;腐蝕后可見裂紋沿鐵素 體條帶開裂,材料整體塑性較弱,組織晶粒無異常長 大,無過熱或過燒現象。

試樣1和試樣2中鐵素體的微觀形貌如圖5所 示。由圖5可知:試樣1的鐵素體含量高于試樣2 的鐵素體含量,試樣1的鐵素體條帶寬度大于試樣 2的鐵素體條帶寬度。

2 綜合分析 

0Cr17Ni4Cu4Nb鋼中主要含有碳、鉻、鎳、銅等 元 素,以 及 微 量 的 鈮、鉬、鋁、鈦 等 元 素。 0Cr17Ni4Cu4Nb鋼中的碳元素可以促進奧氏體的 形成[5],并形成碳化物,具有沉淀強化作用;鎳元素 不是碳化物的形成元素,不能形成沉淀相,但能形成 并穩定奧氏體,從而保證不銹鋼具有良好的塑性。 鋼中碳、錳、鎳、氮等元素含量越高,鐵素體含量越 低;鉻、硅、鉬、釩、鎢等元素可以促進鐵素體的形成, 其中最主要的是鉻元素,隨著鉻元素含量的增加,δ 鐵素體的含量逐漸增加,會使材料的橫向韌性降低, 進 而 惡 化 其 熱 加 工 性 能。 郎 榮 興 等[6] 對 0Cr17Ni4Cu4Nb鋼中的鍛造裂紋進行分析,發現裂 紋的產生與加工前材料的表面粗糙度和加工過程中 材料的變形量有關,鋼中的δ鐵素體含量是影響該 鋼熱加工性能的主要原因,δ鐵素體富集區的塑性 較差,易產生裂紋。 

由上述理化檢驗結果可知:該開裂鋼坯的組織 中未見明顯晶粒粗大、過熱、過燒等現象,可以排除 加熱溫度過高的因素;開裂鋼坯和無裂紋鋼坯的化 學成分存在明顯差異,開裂鋼坯的鐵素體含量高于 無裂紋鋼坯的鐵素體含量;開裂鋼坯的鐵素體條帶寬度大于無裂紋鋼坯的鐵素體條帶寬度。說明該鋼 坯裂紋的產生與鋼錠成分控制不當有關。

3 結論與建議 

(1)該鋼坯的化學成分控制不當,導致鋼坯角 部的鐵素體含量過多,從而使鐵素體富集區的塑性 變差,最終導致鋼坯產生裂紋。 

(2)建議調整鋼坯中碳、氮、鎳等元素的含量, 碳元素的質量分數增加0.05%,Ni元素的質量分數 增加0.20%,N 元素的質量分數增加0.01%,進而 改善鋼坯的表面質量,避免表面產生裂紋。 

參考文獻: 

[1] 翟愛群,楊鋼,蔡梅,等.0Crl7Ni4Cu4Nb沉淀硬化不 銹鋼鍛造裂紋分析[J].特鋼技術,2012,18(2):5-9. 

[2] 李曉芳,關再興.05Cr17Ni4Cu4Nb鍛造產品的試制 [J].金屬加工(熱加工),2016(7):66-67. 

[3] 余偉,王俊,劉濤.熱軋鋼材氧化及表面質量控制技術 的發展及應用[J].軋鋼,2017,34(3):1-6. 

[4] 孫彬,曹光明,劉振宇,等.不同熱連軋工藝參數條件下 三次氧化鐵皮的分析[J].物理測試,2010,28(6):1-5. 

[5] 李興東,周新靈,張小伍,等.最終時效工藝對17-4PH 不銹鋼組織和性能的影響[J].理化檢驗(物理分冊), 2013,49(6):367-370. 

[6] 郎榮興,李貴全,殷春云.0Cr17Ni4Cu4Nb鋼鍛造裂 紋分析與控制[J].鍛壓技術,2016,41(9):18-22.

<文章來源 >材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 59卷 > 7期 (pp:68-70)>