摘要:0Cr17Ni4Cu4Nb钢电渣锭开坯后,在钢坯角部有裂纹产生。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验等方法对该钢坯裂纹产生的原因进行分析。结果表明:开裂钢坯中的碳、氮、镍等元素含量较低,导致材料的铁素体含量较高,铁素体条带宽度较大;铁素体富集区的塑性较差,最终导致钢坯发生开裂。提高钢坯中的碳、氮、镍等元素的含量,可以改善钢坯的表面质量,避免产生裂纹。
关键词:0Cr17Ni4Cu4Nb钢;电渣坯;裂纹;铁素体;塑性中图分类号:TB31;TG.2文献标志码:B文章编号:-()07--Cr17Ni4Cu4Nb钢是在Cr17型不锈钢基础上发展起来的低碳马氏体沉淀硬化型不锈钢。经固溶处理(~℃加热保温+空冷或油冷至室温)后,该钢的组织转变为马氏体,基体中析出了弥散的富铜相,并产生了沉淀硬化作用,从而使该钢被强化;经时效处理(~℃保温+空冷)后,该钢的抗拉强度为MPa~MPa。该钢具有良好的耐腐蚀性能和耐高温性能,其焊接性能优于马氏体型不锈钢,接近于某些奥氏体不锈钢,被广泛应用于汽轮机叶片、核反应堆部件、紧固件和医疗器械等领域,是用量最多的沉淀硬化型不锈钢[1]。该钢具有裂纹敏感性高、塑性温度范围窄、导热性差、抗变形能力强、易宽展等特点[2],在生产过程中,其质量控制存在一定难度。某钢坯的生产流程为:电炉→钢包精炼→真空精炼炉→模铸电极→电渣重熔→均热炉加热(℃)→轧机开坯→空冷→表面检查。在生产过程中,发现部分钢坯产生了轧后裂纹(见图1)。笔者采用一系列理化检验方法分析了钢坯产生裂纹的原因,并提出了改进措施,以避免该类问题再次发生。1理化检验1.1宏观观察在开裂钢坯的裂纹处及同批次无裂纹钢坯上分别取样,编号为试样1和试样2,取样位置如图2所示。在试样1横截面上取样,对试样进行磨制、抛光、腐蚀处理,然后观察试样的宏观形貌,结果如图3所示。由图3可知:坯料角部裂纹较为严重,角部发生金属缺失,裂纹内无金属光泽,裂纹与表面的距离大于30mm。1.2化学成分分析分别在试样1和试样2的角部取样,对试样进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知:试样1和试样2的化学成分均满足GB/T—《汽轮机叶片用钢》的要求,但试样1中碳、镍、氮等元素的含量明显低于试样2中碳、镍、氮等元素的含量。1.3金相检验在试样1的角部取样,对试样进行金相检验,结果如图4所示。由图4可知:试样1裂纹内部存在明显高温氧化现象[3-4],坯料未进行退火处理,说明氧化产生于轧制过程之前;腐蚀后可见裂纹沿铁素体条带开裂,材料整体塑性较弱,组织晶粒无异常长大,无过热或过烧现象。试样1和试样2中铁素体的微观形貌如图5所示。由图5可知:试样1的铁素体含量高于试样2的铁素体含量,试样1的铁素体条带宽度大于试样2的铁素体条带宽度。2综合分析0Cr17Ni4Cu4Nb钢中主要含有碳、铬、镍、铜等元素,以及微量的铌、钼、铝、钛等元素。0Cr17Ni4Cu4Nb钢中的碳元素可以促进奥氏体的形成[5],并形成碳化物,具有沉淀强化作用;镍元素不是碳化物的形成元素,不能形成沉淀相,但能形成并稳定奥氏体,从而保证不锈钢具有良好的塑性。钢中碳、锰、镍、氮等元素含量越高,铁素体含量越低;铬、硅、钼、钒、钨等元素可以促进铁素体的形成,其中最主要的是铬元素,随着铬元素含量的增加,δ铁素体的含量逐渐增加,会使材料的横向韧性降低,进而恶化其热加工性能。郎荣兴等[6]对0Cr17Ni4Cu4Nb钢中的锻造裂纹进行分析,发现裂纹的产生与加工前材料的表面粗糙度和加工过程中材料的变形量有关,钢中的δ铁素体含量是影响该钢热加工性能的主要原因,δ铁素体富集区的塑性较差,易产生裂纹。由上述理化检验结果可知:该开裂钢坯的组织中未见明显晶粒粗大、过热、过烧等现象,可以排除加热温度过高的因素;开裂钢坯和无裂纹钢坯的化学成分存在明显差异,开裂钢坯的铁素体含量高于无裂纹钢坯的铁素体含量;开裂钢坯的铁素体条带宽度大于无裂纹钢坯的铁素体条带宽度。说明该钢坯裂纹的产生与钢锭成分控制不当有关。3结论与建议(1)该钢坯的化学成分控制不当,导致钢坯角部的铁素体含量过多,从而使铁素体富集区的塑性变差,最终导致钢坯产生裂纹。(2)建议调整钢坯中碳、氮、镍等元素的含量,碳元素的质量分数增加0.05%,Ni元素的质量分数增加0.20%,N元素的质量分数增加0.01%,进而改善钢坯的表面质量,避免表面产生裂纹。参考文献:[1]翟爱群,杨钢,蔡梅,等.0Crl7Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢锻造裂纹分析[J].特钢技术,,18(2):5-9.[2]李晓芳,关再兴.05Cr17Ni4Cu4Nb锻造产品的试制[J].金属加工(热加工),(7):66-67.[3]余伟,王俊,刘涛.热轧钢材氧化及表面质量控制技术的发展及应用[J].轧钢,,34(3):1-6.[4]孙彬,曹光明,刘振宇,等.不同热连轧工艺参数条件下三次氧化铁皮的分析[J].物理测试,,28(6):1-5.[5]李兴东,周新灵,张小伍,等.最终时效工艺对17-4PH不锈钢组织和性能的影响[J].理化检验(物理分册),,49(6):-.[6]郎荣兴,李贵全,殷春云.0Cr17Ni4Cu4Nb钢锻造裂纹分析与控制[J].锻压技术,,41(9):18-22.文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册59卷7期(pp:68-70)#秋天生活图鉴#