不銹鋼鑄件成分控 鐵素體耍大牌

耐蝕不銹鋼機械配件類、泵閥類、管道聯(lián)接類、支承類鑄件，主要材質(zhì)為鉻鎳不銹鋼。根據(jù)化學成分的不同，大致分為Cr-Ni系，Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Cu、Cr-Ni-Mo-Cu系，Cr -Mn-N系，Cr-Ni -Mn -N系四個組別,其金相組織視其Cr 、Ni含量而定,可以是奧氏體-鐵素體復相鋼、雙相鋼或是單相奧氏體鋼。
　  對奧氏體-鐵素體不銹鋼的定義為：
　　當金相組織中鐵素體體積含量≤5%時,定義為單相奧氏體不銹鋼。
　　當金相組織中鐵素體體積含量為5%～35%時,定義為奧氏體-鐵素體復相不銹鋼（在奧氏體基體中存在鐵素體）。
　　當金相組織中鐵素體體積含量為35%～55%時，定義為奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼（奧氏體、鐵素體約各占一半）。
　　在特定工況下，使用的鉻鎳不銹鋼對鐵素體含量有規(guī)定要求。由于測定鐵素體含量的多種方法誤差較大,很難準確測得鐵素體體積含量。主要還是在熔煉時，怎樣合理配制爐料，既要保證化學成分、力學性能，又要實現(xiàn)鐵素體含量達到理想值，同時要兼顧制造成本，這為熔煉奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄造工藝提出了創(chuàng)新課題。
　　一、化學成分對奧氏體、鐵素體的影響
　�。�1）碳 是促進奧氏體形成的元素，1份碳相當于30份鎳的作用，但在鋼中極易形成碳化物，隨著C、Cr含量的提高，其金相組織鐵素體易轉(zhuǎn)變成鐵素體和碳化物、馬氏體或萊氏體。對奧氏體耐腐蝕性能危害極大，一般是在保證強度的前提下，盡量降低含碳量。
　　（2）鉻 是有利于形成鐵素體的元素，是使不銹鋼具有耐腐蝕性能的基本元素。在耐蝕鉻鎳不銹鋼中一般wCr＞18%，在鋼中主要作用是具有抗氧化性介質(zhì)腐蝕的能力。
　�。�3）鎳 是促進奧氏體形成的元素，在鋼中主要作用是對酸、堿非氧化性介質(zhì)有抗腐蝕能力，一般與其他元素配合使用，使鋼獲得優(yōu)良的綜合性能。
　�。�4）鉬 是促進鐵素體形成的元素，1份鉬相當于1～1.2份鉻的作用。在鋼中主要作用是提高在高溫工況下抗氧化性腐蝕的能力。
　�。�5）鈮 是促進鐵素體形成的元素，1份鈮相當于0.5份鉻的作用。在鋼中主要作用是固化碳，加入量一般是碳的8倍以上。
　�。�6）鈦 對奧氏體、鐵素體的形成沒有作用，在鋼中主要作用是固化碳，加入量一般是碳的5倍。
　�。�7）氮 是強烈形成奧氏體的元素, 1份氮相當于26份鎳的作用，在Cr -Mn -N系不銹鋼中,當wN＝0.015%時，鋼的金相組織為鐵素體，當wN＝0.13%～0.33%時，鋼的金相組織為鐵素體和奧氏體，當wN＝0.58%時，鋼的金相組織可獲得單一的奧氏體。通常氮的加入量是鋼中含鉻量的(1/75)～(1/100)，不能超過0.3%，含氮過高往往使鑄件產(chǎn)生氣孔、疏松等缺陷。
　�。�8）硅 是促進鐵素體形成的元素，1份硅相當于1.5份鉻的作用，在鋼中主要作用改善鋼液流動性，增強脫氧功能。
　�。�9）錳 是促進奧氏體形成的元素，1份錳相當于0.5份鎳的作用，在鋼中主要作用提高鋼液流動性，增強脫硫功能。
　�。�10）其他殘余元素 由于含量很低,可以忽略其他元素影響。
　　鉻鎳不銹鋼化學成分中鉻含量常規(guī)高于鎳含量，奧氏體-鐵素體體積含量主要取決于Cr、Ni兩個主要元素的質(zhì)量分數(shù)。對于材料標準中有氮含量要求的鉻鎳不銹鋼,氮含量有較大的影響，實際上其他元素含量少，影響不大。調(diào)整鉻當量與鎳當量，主要通過控制投入爐中的Cr、Ni元素合金的質(zhì)量分數(shù),穩(wěn)定其他次要影響元素的質(zhì)量分數(shù)，就可以實現(xiàn)鉻鎳不銹鋼中鐵素體含量在規(guī)定理想范圍內(nèi)這個目標。
　　二、試驗條件
　�。�1）熔煉設備 中頻感應電爐＋AOD氬氧脫碳爐，形成精練系統(tǒng)。
　　（2) 熱處理設備 罩式全纖維電阻爐,爐溫均衡性達標。
　�。�3)試驗設備 WE—300型拉力試驗機，JB—300B 沖擊試驗機。
　�。�4) 檢測儀器 SPECTRD型光譜儀，金相顯微鏡，DIVERSE MF300F﹢型鐵素體含量檢測儀。
　　三、 驗證爐料配方
　　 1. Cr-Ni系列不銹鋼
　　針對Cr-Ni系列不銹鋼可選用Hull等效因子計算得到材料鐵素體含量的方法,適用于熔煉通用奧氏體-鐵素體復相不銹鋼。
　�。�1）主要技術(shù)要求 ①選用材料為： ASME SA351M 2010 CF3。②標準規(guī)定化學成分：wC≤0.03%、wSi≤2.00%、wMn≤1.50%、wS≤0.04%、wP≤0.04%、wCr＝17-21%、wNi＝8%～12%、wMo≤0.5%，其他為殘余元素。③標準規(guī)定力學性能：抗拉強度σb≥485MPa,屈服強度σs≥205MPa,伸長率δ ≥35%。④用戶采購技術(shù)規(guī)范要求鐵素體含量為5%～20%。
　�。�2）熔煉方式 ①爐料化學成分內(nèi)控標準為：wC≤0.028%、wSi≤1.20%、wMn≤1.40%、wS≤0.030%、wP≤0.030%、wCr＝18.5%～19%、wNi＝8.5%～9%、wMo≤0.1%。②中頻感應電爐粗煉鋼液轉(zhuǎn)入AOD氬氧脫碳爐精練。用SPECTRD型光譜儀檢測控制鋼液化學成分,主要控制Cr、Ni的含量符合內(nèi)控標準。
　�。�3）熱處理方式 采用固溶熱處理,（1080±10）℃保溫入水,水溫≤40℃，快冷,冷卻時間≥0.5h。
　�。�4）產(chǎn)成品理化檢測結(jié)果 化學成分為：wC＝0.028%、wSi＝1.10%、wMn＝1.31%、wS＝0.030%、wP＝0.030%、wCr＝18.65%、wNi＝8.55%、wMo＝0.07%選用Hull等效因子計算方法, 根據(jù)成品鑄件化學成分，按照下列公式進行計算得到材料的鐵素體含量。CrE＝Cr＋1.21Mo＋0.48Si－4.99
NiE＝Ni＋0.11Mn－0.0086 Mn2＋18.4N＋24.5C＋2.77
F＝100.3(CrE/ NiE)2 －170.72 (CrE/ NiE)＋74.22   57651455.cn
　　經(jīng)計算，鐵素體含量是12%，正好在鐵素體含量要求5%～20%之間。用DIVERSE MF300F﹢型鐵素體含量檢測儀對該配方鑄件試樣進行檢測，鐵素體含量是13.5%,兩者相差不大，均符合要求。力學性能為：抗拉強度σb＝ 591MPa,屈服強度σs＝328MPa,伸長率δ＝47%。

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