高水頭大容量機(jī)組雙相不銹鋼熱處理工藝研究

趙文博，柏勇，段振偉

1.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150040

2.華能瀾滄江水電股份有限公司 云南昆明 650214

1 序言

為了研發(fā)新產(chǎn)品、開拓新市場(chǎng)，此次開發(fā)的新鋼種為A-F雙相不銹鋼。由于該鋼種同時(shí)具有奧氏體和鐵素體組織，其強(qiáng)度值也較高，如何能使其具有高強(qiáng)度和高韌性，同時(shí)能夠達(dá)到批量生產(chǎn)的要求，是本次試驗(yàn)的主要目的。

2 技術(shù)難點(diǎn)

通過查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料[1]，得知該鋼種的綜合力學(xué)性能最好的金相組織是奧氏體（A）和鐵素體（F）各占50%。如何達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，是試驗(yàn)過程中的最大難點(diǎn)。為此，通過微調(diào)化學(xué)成分和對(duì)常規(guī)熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)來達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

3 研究過程及分析

3.1 雙相鋼的技術(shù)要求

（1）化學(xué)成分 雙相不銹鋼化學(xué)成分技術(shù)要求見表1。

表1 雙相不銹鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

（2）力學(xué)性能 雙相不銹鋼力學(xué)性能技術(shù)要求見表2。

表2 雙相不銹鋼力學(xué)性能技術(shù)要求

3.2 對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行微調(diào)

為了得到強(qiáng)度和韌性的良好配合，對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行了相應(yīng)的控制，通過對(duì)一些元素加入量的調(diào)整來達(dá)到目的。

1) Ni是強(qiáng)化項(xiàng)元素，且可以提高金相中奧氏體（A）含量，在提高強(qiáng)度的同時(shí)不損失韌性。由于已經(jīng)對(duì)其他強(qiáng)化項(xiàng)進(jìn)行了控制，所以把Ni含量控制在成分要求的中下限。

2）為了提高鑄件的韌性指標(biāo)，在冶煉時(shí)，將Cr含量控制在成分要求的下限。

3）為了使鑄件具有較高的強(qiáng)度，Mo含量應(yīng)控制在中上限來進(jìn)行強(qiáng)化。

4）Cu元素起到固溶強(qiáng)化的作用，為了提高韌性，因此對(duì)Cu元素按下限進(jìn)行控制。

試驗(yàn)采用中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行鋼液熔煉，化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 熔煉鋼液化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3.3 熱處理工藝參數(shù)的制定

對(duì)于雙相不銹鋼通常采用的工藝都是固溶處理，因此我們先對(duì)試棒按常用工藝進(jìn)行了熱處理試驗(yàn)，根據(jù)試棒實(shí)際尺寸，設(shè)定保溫時(shí)間為2h。

1）試棒熱處理工藝曲線如圖1所示。

圖1 試棒熱處理工藝曲線

2）熱處理后的試棒力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 熱處理后試棒力學(xué)性能

從表4可看出，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率兩個(gè)指標(biāo)不符合要求，且與標(biāo)準(zhǔn)差別較大，因此需對(duì)熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整。

3）調(diào)整后的熱處理工藝為1150℃保溫2h后，爐冷到1050℃，再保溫2h后水冷。調(diào)整后的熱處理工藝曲線如圖2所示。

圖2 調(diào)整后的熱處理工藝曲線

4）試棒熱處理工藝調(diào)整后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 熱處理工藝調(diào)整后的力學(xué)性能

從表5可看出，力學(xué)性能指標(biāo)均符合雙相不銹鋼的技術(shù)要求，由此得出在電弧爐中進(jìn)行生產(chǎn)的可能性，且熱處理工藝及化學(xué)成分也已確定，為電弧爐的生產(chǎn)提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.4 鑄件生產(chǎn)過程驗(yàn)證

1）實(shí)際生產(chǎn)冶煉化學(xué)成分見表6。

表6 實(shí)際生產(chǎn)冶煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2）試棒驗(yàn)證熱處理工藝曲線如圖3所示（本次試驗(yàn)保溫時(shí)間5h，與產(chǎn)品鑄件保溫時(shí)間保持一致）。

圖3 試棒驗(yàn)證熱處理工藝曲線

3）固溶處理后力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 固溶處理后力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

從表7可看出，在實(shí)際生產(chǎn)過程中的試棒力學(xué)性能在調(diào)整后熱處理工藝下是完全能夠達(dá)到雙相鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的。由于試棒試驗(yàn)時(shí)采用的是小型熱處理爐，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，公司現(xiàn)有的大型熱處理爐對(duì)大型鑄件熱處理的爐溫最高僅可升溫到1100℃，無法達(dá)到熱處理工藝的1150℃，因此為滿足生產(chǎn)要求，再次采用試棒進(jìn)行了一次1100℃固溶試驗(yàn)。

4）本次試驗(yàn)保溫時(shí)間按試棒實(shí)際尺寸執(zhí)行，固溶工藝調(diào)整為1100℃保溫2h后，爐冷到1050℃保溫2h，然后進(jìn)行水冷。固溶處理后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 固溶處理后的力學(xué)性能

試驗(yàn)表明，固溶工藝為1150℃保溫2h后，爐冷到1050℃保溫2h、水冷，與固溶工藝為1100℃保溫2h后，爐冷到1050℃保溫2h后、水冷的兩種工藝方法均能達(dá)到雙相不銹鋼的技術(shù)要求[2]。

5）固溶后的金相組織如圖4所示。從圖4可看出，奧氏體（A）和鐵素體（F）所占比例接近50%，完全滿足雙相不銹鋼的技術(shù)要求。

圖4 固溶后的金相組織

6）對(duì)鑄件進(jìn)行最終工藝驗(yàn)證，根據(jù)鑄件實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，兩段保溫時(shí)間均設(shè)定為5h。鑄件熱處理工藝曲線如圖5所示。

圖5 鑄件熱處理工藝曲線

7）鑄件固溶后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表9。

表9 鑄件固溶后的力學(xué)性能

4 結(jié)束語(yǔ)

1）Ni是強(qiáng)化項(xiàng)元素，且可以提高金相組織中奧氏體（A）含量，在提高強(qiáng)度的同時(shí)不損失韌性。由于已經(jīng)對(duì)其他強(qiáng)化項(xiàng)進(jìn)行了控制，因此將Ni含量控制在成分要求中下限。

2）為提高鑄件的韌性指標(biāo)，在冶煉時(shí)，將Cr含量控制在成分要求下限。

3）為使鑄件具有較高的強(qiáng)度，Mo含量應(yīng)控制在中上限來進(jìn)行強(qiáng)化。

4）Cu元素起到固溶強(qiáng)化作用，為提高韌性，因此對(duì)Cu元素按下限進(jìn)行控制。

5）熱處理工藝按鑄件驗(yàn)證結(jié)果執(zhí)行。