化學(xué)成分和熱處理工藝對(duì)轉(zhuǎn)子用403不銹鋼組織和性能的影響
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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403不銹鋼屬于12%Cr型馬氏體無錫不銹鋼，具有高強(qiáng)度、較高的中溫耐熱性、優(yōu)良的加工性能和焊接性等，在火電蒸汽渦輪、透平葉片、電機(jī)轉(zhuǎn)子等方面有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)轉(zhuǎn)子用鋼的力學(xué)性能和磁性能要求，在實(shí)驗(yàn)室采用不同的成分設(shè)計(jì)和合金化，使用真空感應(yīng)的冶煉工藝，經(jīng)鍛造、熱處理后，試驗(yàn)并分析了3種Ni、N元素含量不同的試驗(yàn)鋼在不同熱處理制度下的組織、力學(xué)性能及磁性能，得到了Ni及N元素對(duì)403不銹鋼力學(xué)性能和磁性能的影響規(guī)律，為該鋼的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供理論支持。
根據(jù)添加合金的種類和含量不同分為試驗(yàn)鋼1～3。與試驗(yàn)鋼1相比，試驗(yàn)鋼2的Ni含量較高，試驗(yàn)鋼3的N含量較高。試驗(yàn)鋼采用200kg真空感應(yīng)爐冶煉。為保證試驗(yàn)對(duì)比效果，在冶煉過程嚴(yán)格控制鋼的合金元素成分偏差。將試驗(yàn)鋼鑄錠鍛造成Φ120mm圓棒，在1/2半徑處鉆取樣屑分析其化學(xué)成分；同樣在此處取棒材縱向力學(xué)性能試樣，經(jīng)多種熱處理后測定其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、斷面收縮率和沖擊吸收功，并進(jìn)行金相分析；在棒材中心部位取樣，制成外徑D=6mm、內(nèi)徑d=5.5mm、高h(yuǎn)=6mm的磁性能試樣，使用MAST2010軟磁直流測量儀測試其在一定磁場強(qiáng)度下的磁感應(yīng)強(qiáng)度。使用Neophot-21型光學(xué)顯微鏡拍攝金相照片；采用向PHILIPS APD-10型X射線衍射儀（XRD，Co Ka）進(jìn)行殘余奧氏體量的測量。在H8000型透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)行觀察，使用日立S-4300型場發(fā)射掃描電鏡（SEM）觀察形貌。冶煉后試驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分如表1 所示，采用的熱處理工藝為：950～1000℃×1h油冷＋720～750℃×3h油冷。
表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）
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試驗(yàn)鋼
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C
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Mn
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Si
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Cr
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Ni
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Mo
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N
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1
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0.11
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0.44
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0.32
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12.30
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0.15
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0.50
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0.0043
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2
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0.11
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0.45
|
0.33
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12.32
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0.40
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0.31
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0.0043
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3
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0.11
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0.58
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0.31
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12.27
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0.16
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0.30
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0.0330
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試驗(yàn)結(jié)果表明，添加Ni、N元素可以顯著提高試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能、導(dǎo)磁性能，特別是沖擊值等塑韌性指標(biāo)；添加N元素可以明顯提高試驗(yàn)鋼在低磁場強(qiáng)度下的磁感應(yīng)強(qiáng)度，而在高磁場強(qiáng)度下添加Ni元素更加有利。并對(duì)Ni、N元素的強(qiáng)化機(jī)制也進(jìn)行了一定探討，在此類Cr13系馬氏體無錫不銹鋼中，Ni元素的主要作用是降低C在基體中的固溶度從而增加了馬氏體量和碳化物的含量，因此可以輕微增加強(qiáng)度；N元素的作用主要是固溶強(qiáng)化，并在回火時(shí)與C一起生成碳、氮化物。在高于700℃回火時(shí)，N迅速產(chǎn)生脫溶沉淀，加速了鋼的軟化，但可以提高鋼的持久強(qiáng)度，降低蠕變量。對(duì)此類鋼在轉(zhuǎn)子部件的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。