化學成分和熱處理工藝對轉子用403不銹鋼組織和性能的影響
時間：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，具有高強度、較高的中溫耐熱性、優良的加工性能和焊接性等，在火電蒸汽渦輪、透平葉片、電機轉子等方面有廣泛的應用。根據轉子用鋼的力學性能和磁性能要求，在實驗室采用不同的成分設計和合金化，使用真空感應的冶煉工藝，經鍛造、熱處理后，試驗并分析了3種Ni、N元素含量不同的試驗鋼在不同熱處理制度下的組織、力學性能及磁性能，得到了Ni及N元素對403不銹鋼力學性能和磁性能的影響規律，為該鋼的工業化生產應用提供理論支持。
根據添加合金的種類和含量不同分為試驗鋼1～3。與試驗鋼1相比，試驗鋼2的Ni含量較高，試驗鋼3的N含量較高。試驗鋼采用200kg真空感應爐冶煉。為保證試驗對比效果，在冶煉過程嚴格控制鋼的合金元素成分偏差。將試驗鋼鑄錠鍛造成Φ120mm圓棒，在1/2半徑處鉆取樣屑分析其化學成分；同樣在此處取棒材縱向力學性能試樣，經多種熱處理后測定其抗拉強度、屈服強度、伸長率、斷面收縮率和沖擊吸收功，并進行金相分析；在棒材中心部位取樣，制成外徑D=6mm、內徑d=5.5mm、高h=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度下的磁感應強度。使用Neophot-21型光學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）進行殘余奧氏體量的測量。在H8000型透射電子顯微鏡（TEM）進行觀察，使用日立S-4300型場發射掃描電鏡（SEM）觀察形貌。冶煉后試驗鋼的主要化學成分如表1 所示，采用的熱處理工藝為：950～1000℃×1h油冷＋720～750℃×3h油冷。
表1 試驗鋼的化學成分（質量分數%）
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試驗鋼
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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
|
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
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0.33
|
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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試驗結果表明，添加Ni、N元素可以顯著提高試驗鋼的力學性能、導磁性能，特別是沖擊值等塑韌性指標；添加N元素可以明顯提高試驗鋼在低磁場強度下的磁感應強度，而在高磁場強度下添加Ni元素更加有利。并對Ni、N元素的強化機制也進行了一定探討，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度；N元素的作用主要是固溶強化，并在回火時與C一起生成碳、氮化物。在高于700℃回火時，N迅速產生脫溶沉淀，加速了鋼的軟化，但可以提高鋼的持久強度，降低蠕變量。對此類鋼在轉子部件的應用具有一定的指導作用。