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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(wú)錫不銹鋼板    瀏覽:0

 403不銹鋼屬于12%Cr型馬氏體無(wú)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(guò)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(cè)定其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)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(cè)量?jī)x測(cè)試其在一定磁場(chǎng)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(cè)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(chǎng)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)%)
試驗(yàn)鋼
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
N
1
0.11
0.44
0.32
12.30
0.15
0.50
0.0043
2
0.11
0.45
0.33
12.32
0.40
0.31
0.0043
3
0.11
0.58
0.31
12.27
0.16
0.30
0.0330
 
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(chǎng)強(qiáng)度下的磁感應(yīng)強(qiáng)度,而在高磁場(chǎng)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(wú)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。