徐 朋,董曉亮

(撫順特殊鋼股份有限公司 技術(shù)中心,撫順 １１３００１)

摘 要:通過對兩種不同碳、氮含量的１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼進(jìn)行鍛造、軋制以及固溶處理,對影響該鋼晶粒度的因素進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:碳、氮元素含量對該鋼晶粒度的影響較大;另“菱形→方形→橢圓形→圓形”的軋制變形工藝以及固溶處理可以細(xì)化均勻該鋼晶粒尺寸.

關(guān)鍵詞:晶粒度;碳、氮元素含量;軋制變形方式;固溶處理

中圖分類號:TG１４２．１＋１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０４Ｇ０２４９Ｇ０４

１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼 是 一 種 以 １５CrＧ２５NiＧFe為基,加入少量鉬、鈦、鋁、釩及微量硼綜合強(qiáng)化,以金屬間化合物 γ′相[Ni３(Ti,Al)]強(qiáng)化的奧氏體沉淀硬化型不銹鋼.由于該鋼在６５０℃以下具有高屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度,并且具有較好的加工塑性和滿意的焊接性能和抗氫脆性[１Ｇ２],近年來被廣 泛 研 究 應(yīng) 用. 最 近 某 公 司 生 產(chǎn) 的１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼出現(xiàn)探傷不合格以及宏觀粗晶現(xiàn)象,經(jīng)金相檢驗確認(rèn)為晶粒度不均勻所致.

為此,筆 者 對 影 響 １Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼 晶 粒 度的因素進(jìn)行了研究.

１ 試驗材料與方法

１．１ 試驗材料

試 驗 材 料 為 兩 種 不 同 碳、氮 含 量 的１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼,其化學(xué)成分見表１.

１．２ 試驗方法

對上述兩種碳、氮含量的１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼采用相同的鍛造方式生產(chǎn),以觀察碳、氮元素含量對其晶粒度的影響趨勢;對鍛造后的低碳、氮鋼進(jìn)行９８０ ℃固溶處理以觀察固溶處理對晶粒度的影響;對鍛造后的低碳、氮鋼使用不同的軋制變形方式生產(chǎn)以觀察其晶粒度的變化趨勢.所有金相試樣均使用１０％(體積分?jǐn)?shù))的草酸溶液電解侵蝕,采用蔡司金相顯微鏡進(jìn)行晶粒形貌觀察.

２ 試驗結(jié)果與討論

２．１ 碳、氮元素含量對晶粒度的影響

上述兩種成分的１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼均采用快鍛機(jī)＋徑鍛機(jī)生產(chǎn).鋼錠及坯料加熱溫度為１０６０~１１３０ ℃,保溫１~２h,快鍛機(jī)采用墩拔工藝 生 產(chǎn),壓 下 量 為 ５０~１００ mm;徑 鍛 機(jī) 鍛 制?１２０mm 成 品,徑 鍛 機(jī) 終 鍛 溫 度 為 １ ０４０ ~１０６０ ℃,鍛后空 冷. 切 取 金 相 試 樣 觀 察 晶 粒 形貌,并按照 GB/T６３９４－２００２的方法評定晶粒度級別,高碳、氮鋼的晶粒形貌見圖１,低碳、氮鋼的晶粒形貌見 圖 ２.按 照 GB/T１０５６１－２００５ 中 的實(shí)際檢驗 A 法評定兩種成分該鋼的非金屬夾雜物含量,夾雜物形貌見圖３.

由圖１可以看出,高碳、氮鋼鍛制的?１２０ mm成品,由邊緣到心部的晶粒尺寸比較均勻,晶粒度級別可達(dá)到８級.由圖２可以看出,低碳、氮鋼鍛制的?１２０mm 成品,由邊緣到心部的晶粒尺寸呈由大變小的情況,其中邊緣晶粒度３．５級左右,心部出現(xiàn)混晶組織,晶粒度從３．５級至８級不等.由圖３可以看出,高碳、氮鋼中含有大量的、呈點(diǎn)狀分布的碳氮化物夾 雜 物,D 類 (顆 粒 狀)夾 雜 物 級 別 可 達(dá) 到３．０級;而低碳、氮鋼中僅含有較少的點(diǎn)狀碳氮化物夾雜物,D類夾雜物級別為０．５級.初步分析認(rèn)為,兩種成分該鋼的晶粒度與鋼中非金屬夾雜物級別有關(guān),即高碳、氮鋼中含有大量的、分散的碳氮化物,在鋼中的晶界上和晶粒內(nèi)部起到了“釘扎”的作用,所以高碳、氮鋼的晶粒較為細(xì)小而均勻,而低碳、氮鋼的晶粒較大、不均勻且存在混晶現(xiàn)象.

２．２ 變形方式對晶粒度的影響

對上述低碳、氮含量該鋼的?１２０ mm 鍛造成品分別采用兩種軋制變形方式改軋生產(chǎn)?６０ mm成品,以研究軋制工藝對該鋼晶粒度的影響,軋制工藝如表２所示.切取金相試樣,觀察晶粒形貌,結(jié)果如圖４所示.

由圖４可以看出,低碳、氮該鋼經(jīng)工藝１變形后心部晶粒較為細(xì)小均勻,晶粒度級別為８級左右;邊緣存在混晶,晶粒度４~８級,或與原始坯料表層的粗晶有關(guān).低碳、氮該鋼經(jīng)工藝２變形后邊緣仍然為大晶粒,晶粒度３級;心部為混晶,晶粒度３~８級.初步分析認(rèn)為,采用工藝１生產(chǎn)的該鋼原始粗晶粒被較好地、完整地破碎,并回復(fù)和再結(jié)晶;而工藝２生產(chǎn)的該鋼對于原始晶粒未進(jìn)行充分的破碎.

２．３ 固溶處理對晶粒度的影響

對上述低碳、氮該鋼的?１２０mm 鍛造成品,切取２０mm 厚試片在實(shí)驗室箱式電阻爐中進(jìn)行固溶處理,以研究固溶處理對該鋼晶粒度的影響.固溶處理制度為:９８０ ℃保溫１h后水冷,固溶處理后的晶粒形貌如圖５所示.由圖５可以看出,經(jīng)固溶處理后圖２所示的晶粒變均勻,晶粒度級別由原來的混晶３．５~８級變?yōu)?/span>均勻的５~６級.

２．４ 討論

２．４．１ 釘扎作用的影響

由于試驗用１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼成分中的碳、氮元素含量差別較大,而該鋼含有較多的鈦元素,該３種元素在鋼中比較容易親和而形成第二相“TiNC”.該第二相可在冶煉鋼錠中形成,也可在鍛造或軋制過程中析出.該第二相在鍛造或軋制的熱變形過程中對組織起到了“釘扎”作用,且這些第二相在再結(jié)晶過程中又作為晶粒形核的“核心”[３],所以如圖１~３所示采用相同鍛造工藝生產(chǎn)的兩種成分的該鋼,高碳、氮鋼的晶粒較為細(xì)小均勻,而低碳、氮鋼的晶粒度較粗大且不均勻.

２．４．２ 變形方式及再結(jié)晶溫度的影響

由于低碳、氮該鋼含有較多的鉻、鉬等易偏析元素,導(dǎo)致該鋼鋼錠易出現(xiàn)偏析組織,在后續(xù)加工過程中偏析處不易變形或變形后需要較高的能量才能進(jìn)行回復(fù)和再結(jié)晶,所以形成了如圖２所示的混晶組織[４Ｇ５].圖４~５的試驗結(jié)果表明,可以通過改變鋼材的變形方式以及固溶處理來改善其晶粒形態(tài).另外,鋼材邊緣晶粒較心部晶粒粗大是因為在軋制和鍛造后期鋼材的表面散熱較快,而心部由于受到熱變形而向表層返溫,所以心部晶粒獲得再結(jié)晶的能量要優(yōu)于邊緣的[６].

３ 結(jié)論

(１)１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼中的碳、氮元素含量對成品的晶粒度影響較大.

(２)１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼 采 用 “菱 形 → 方形→橢圓形→圓形”軋制變形工藝比“橢圓形→圓形”軋制變形工藝更易獲得較細(xì)的晶粒.

(３)１Cr１５Ni２７Ti３Mo１Al鋼采用 ９８０ ℃ 固 溶處理可使其混晶組織變得均勻.

（文章來源：材料與測試網(wǎng)-理化檢驗－物理分冊 > 2018年 > 4期 > pp.269）