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不锈钢铸件成分控 铁素体耍大牌

发布者:无锡市勇盛金属制品有限公司 发布时间:2020-8-11 10:46:12 点击次数: 关闭

耐蚀不锈钢机械配件类、泵阀类、管道联接类、支承类铸件,主要材质为铬镍不锈钢。根据化学成分的不同,大致分为Cr-Ni系,Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Cu、Cr-Ni-Mo-Cu系,Cr -Mn-N系,Cr-Ni -Mn -N系四个组别,其金相组织视其Cr 、Ni含量而定,可以是奥氏体-铁素体复相钢、双相钢或是单相奥氏体钢。
   对奥氏体-铁素体不锈钢的定义为:
  当金相组织中铁素体体积含量≤5%时,定义为单相奥氏体不锈钢。
  当金相组织中铁素体体积含量为5%~35%时,定义为奥氏体-铁素体复相不锈钢(在奥氏体基体中存在铁素体)。
  当金相组织中铁素体体积含量为35%~55%时,定义为奥氏体-铁素体双相不锈钢(奥氏体、铁素体约各占一半)。
  在特定工况下,使用的铬镍不锈钢对铁素体含量有规定要求。由于测定铁素体含量的多种方法误差较大,很难准确测得铁素体体积含量。主要还是在熔炼时,怎样合理配制炉料,既要保证化学成分、力学性能,又要实现铁素体含量达到理想值,同时要兼顾制造成本,这为熔炼奥氏体-铁素体不锈钢铸造工艺提出了创新课题。
  一、化学成分对奥氏体、铁素体的影响
  (1)碳 是促进奥氏体形成的元素,1份碳相当于30份镍的作用,但在钢中极易形成碳化物,随着C、Cr含量的提高,其金相组织铁素体易转变成铁素体和碳化物、马氏体或莱氏体。对奥氏体耐腐蚀性能危害极大,一般是在保证强度的前提下,尽量降低含碳量。
  (2)铬 是有利于形成铁素体的元素,是使不锈钢具有耐腐蚀性能的基本元素。在耐蚀铬镍不锈钢中一般wCr>18%,在钢中主要作用是具有抗氧化性介质腐蚀的能力。
  (3)镍 是促进奥氏体形成的元素,在钢中主要作用是对酸、碱非氧化性介质有抗腐蚀能力,一般与其他元素配合使用,使钢获得优良的综合性能。
  (4)钼 是促进铁素体形成的元素,1份钼相当于1~1.2份铬的作用。在钢中主要作用是提高在高温工况下抗氧化性腐蚀的能力。
  (5)铌 是促进铁素体形成的元素,1份铌相当于0.5份铬的作用。在钢中主要作用是固化碳,加入量一般是碳的8倍以上。
  (6)钛 对奥氏体、铁素体的形成没有作用,在钢中主要作用是固化碳,加入量一般是碳的5倍。
  (7)氮 是强烈形成奥氏体的元素, 1份氮相当于26份镍的作用,在Cr -Mn -N系不锈钢中,当wN=0.015%时,钢的金相组织为铁素体,当wN=0.13%~0.33%时,钢的金相组织为铁素体和奥氏体,当wN=0.58%时,钢的金相组织可获得单一的奥氏体。通常氮的加入量是钢中含铬量的(1/75)~(1/100),不能超过0.3%,含氮过高往往使铸件产生气孔、疏松等缺陷。
  (8)硅 是促进铁素体形成的元素,1份硅相当于1.5份铬的作用,在钢中主要作用改善钢液流动性,增强脱氧功能。
  (9)锰 是促进奥氏体形成的元素,1份锰相当于0.5份镍的作用,在钢中主要作用提高钢液流动性,增强脱硫功能。
  (10)其他残余元素 由于含量很低,可以忽略其他元素影响。
  铬镍不锈钢化学成分中铬含量常规高于镍含量,奥氏体-铁素体体积含量主要取决于Cr、Ni两个主要元素的质量分数。对于材料标准中有氮含量要求的铬镍不锈钢,氮含量有较大的影响,实际上其他元素含量少,影响不大。调整铬当量与镍当量,主要通过控制投入炉中的Cr、Ni元素合金的质量分数,稳定其他次要影响元素的质量分数,就可以实现铬镍不锈钢中铁素体含量在规定理想范围内这个目标。
  二、试验条件
  (1)熔炼设备 中频感应电炉+AOD氩氧脱碳炉,形成精练系统。
  (2) 热处理设备 罩式全纤维电阻炉,炉温均衡性达标。
  (3)试验设备 WE—300型拉力试验机,JB—300B 冲击试验机。
  (4) 检测仪器 SPECTRD型光谱仪,金相显微镜,DIVERSE MF300F﹢型铁素体含量检测仪。
  三、 验证炉料配方
   1. Cr-Ni系列不锈钢
  针对Cr-Ni系列不锈钢可选用Hull等效因子计算得到材料铁素体含量的方法,适用于熔炼通用奥氏体-铁素体复相不锈钢。
  (1)主要技术要求 ①选用材料为: ASME SA351M 2010 CF3。②标准规定化学成分:wC≤0.03%、wSi≤2.00%、wMn≤1.50%、wS≤0.04%、wP≤0.04%、wCr=17-21%、wNi=8%~12%、wMo≤0.5%,其他为残余元素。③标准规定力学性能:抗拉强度σb≥485MPa,屈服强度σs≥205MPa,伸长率δ ≥35%。④用户采购技术规范要求铁素体含量为5%~20%。
  (2)熔炼方式 ①炉料化学成分内控标准为: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中频感应电炉粗炼钢液转入AOD氩氧脱碳炉精练。用SPECTRD型光谱仪检测控制钢液化学成分,主要控制Cr、Ni的含量符合内控标准。
  (3)热处理方式 采用固溶热处理,(1080±10)℃保温入水,水温≤40℃,快冷,冷却时间≥0.5h。
  (4)产成品理化检测结果 化学成分为:wC=0.028%、wSi=1.10%、wMn=1.31%、wS=0.030%、wP=0.030%、wCr=18.65%、wNi=8.55%、wMo=0.07%选用Hull等效因子计算方法, 根据成品铸件化学成分,按照下列公式进行计算得到材料的铁素体含量。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   www.wxyszj.cn
  经计算,铁素体含量是12%,正好在铁素体含量要求5%~20%之间。用DIVERSE MF300F﹢型铁素体含量检测仪对该配方铸件试样进行检测,铁素体含量是13.5%,两者相差不大,均符合要求。力学性能为:抗拉强度σb= 591MPa,屈服强度σs=328MPa,伸长率δ=47%。

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