不锈钢锻造的特点
信息来源：求和不锈钢 时间：2019-02-28 13:19:49 浏览次数:-
含铬15%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢，属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。
一、不锈钢的种类及特性
不锈钢既是耐蚀材料，乂可以作耐热材料， 还可以作低温材料及无磁材料。
从化学成分来看，不锈钢铬的质量分数一般都在12%以上，另外还含有一种或多种其他合金元素，所含合金元素的综合影响的结果，产生了三种基本类型的不锈钢，即奥氏体型、马氏体型和铁素体型，还有介于这二种类塑之间以及派生的其他类型的不锈钢。不锈钢在使用条件下，可以具备奥氏体、铁索体、回火马氏体组织，其分布见图。
奥氏体型不锈钢是在w(Cr)18%的不锈钢中加人镍、锰、氮等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，其中w(Cr)18%-w(Ni) 8%型是最基本的一类。用锰或氮代替部分镍而获得的Cr-Ni-Mni或Cr-Ni-Mn-N不锈钢，属于节镍型的钢种。美国AISI300系列的就属于奥氏体型不锈钢。该钢种无论在室温或高温，始终保持奥氏体组织，无法热处理强化，通常在固溶状态下使用，具有最佳的塑性，韧性及良好的加工成形性能，还具有良好的酎腐蚀及抗氧化性能，通过冷变形还可获得高的强度。所以，奥氏体不锈钢一般用于要求耐腐蚀、抗氧化或在较高温度下工作，对强度要求不很高，以及在较低温度下使用的零部件。对这类不锈钢应加以注意的问题是经600-860℃敏化处理后存在晶间腐蚀倾向，另外如加工处埋和使用环境不当还存在应力腐蚀及氢脆的敏感性。
铁素体不锈钢为体心立方（bcc)结构，铬固溶于体心立方的a-Fe固溶体中，w(Cr)一般在13%-30%范围内，不发生相变，其耐蚀性就总体而言它不及奥氏体不锈钢，但在抗应力腐蚀性能方面却优于奥氏体不锈钢。然而，由于间隙元素控制不当，可呈现475℃脆性、cr相脆性和离温腧性（加热至950℃以上）。当采用先进的冶炼工艺，使碳氮的质梁分数降低到100×10-6以下，可避免上述脆性的出现。从发展趋势看，它将代替邡分奥氏体钢。但是，对空气冶炼的铁素体不锈钢，在选择热变形工艺参数时，对上述“三脆”和晶粒长大的急剧性（见图 )必须加以注意。
马氏体型不锈钢的W(Cr) 一般在12％-18％范围内，当加热到高温时组织为奥氏体；冷却到室温时为马氏体，可热处理强化。它是一种理想的耐蚀、耐热型结构材料。常用的CrB型钢，淬火后的强度、硬度随含碳量增加而提高， 但耐腐蚀性及塑、韧性却随之降低。该类型钢，具有很高的热强性和较好的抗蚀件，特别适合制作在550-600℃以下及湿热条件下工作的承力件。这类型钢的耐蚀性不如铁素体型不锈钢和奥氏体甩不锈钢。因此，在制订热工艺参数时，必须综合考虑对其抗腐蚀性能，特别是抗应力腐蚀性能的影响，以及对耐热性和塑性的影响。
沉淀硬化型不锈钢兼有奥氏体型不锈钢和马氏体型不锈钢优点的过渡型不锈钢，它本身又分为奥氏体型、半奥氏体型和马氏体型。其成分特点是w(Cr)在12%以上，w(C)大多在0.1%以下，还含有铝、钛、钨、钼等，以形成化合物和进行强化。它通过固溶（淬火）得到奥氏体（含少量铁素体），然后可分别采用冷处理、调整处理或冷变形来得到马氏体，最后进行时效产生沉淀硬化。它们具有代表性的牌号是：0Crl7Ni4Cu4Nb (17-4PH )——马氏体型，0Crl7Ni7Al(17—7PH )——半马氏体型，A266—奥氏体型。在各类不锈钢中，它变形温度范围较窄，工艺塑性最差，硬化倾向最大，易发生晶粒长大，所以要求严格控制变形工艺参数。
二、变形溫度的选择和加热要求
1.确定变形温度的原则
奥氏体和铁素体不锈钢，在加热和冷却过程中无相的重结晶转变，锻件晶粒度的控制主要取决于始锻和终锻温度，以及终锻温度下的变形量的控制，热处理无法使晶粒细化。
奥氏体和马氏体不锈钢的锻造加热温度主要受离温铁素体形成温度的限制。加热温度过高时，奥氏体不锈钢中的α相铁素体量和马氏体不锈钢中的δ相铁素体量便会显著增多，使钢的塑性下降。由于α相（或δ相）与γ相的力学性能不同，塑性变形时，产生的变形不均匀，在两相界面上将产生裂纹。这两种不锈钢中α相和δ相铁素体的出现温度大致在 1000-1300℃范围内，随钢号不同而有所变化。
2.变形温度的选择
铁素体不锈钢在加热过程中晶粒易于长大，为了获得细晶粒组织，减轻晶间腐蚀和缺口敏感性，应尽可能在低的湛度不锻造，一般始锻温度为1120℃，终锻温度为700-800℃，而且不允许高于800℃。
马氏体不锈钢的始锻温度一般取1150℃, 终锻温度随其碳含最而异，高碳的取925℃，低碳的取850℃,两者均应离于钢的同素异构转变温度。
奥氏体不锈钢的始锻温度范围一般为1150-1200℃,终锻温度一般为825-850℃。对于普通的18-8型始锻温度取1200℃,当含钼或含高硅则取低于1150℃,对于25-12型和25-20型，使锻温度不高于1150℃,其终锻温度均不低于925℃。
沉淀硬化不锈钢的始锻温度范围一般取1120-1180℃,终锻温度一舣为850-950℃。对于马氏体型始锻温度取1180℃，终锻温度不低于850℃,形状较复杂的零件应回炉缓冷；对于半奥氏体型始锻温度取1150℃,终锻温度取高于950℃。
不锈钢的锻造温度范围见表中。
此外，为了得到细晶粒组织，对终锻工序或 精压工序等应将始锻温度取低些，一般可比规定 溢度降低50~8(TC。
3.加热要求
为了确保耐蚀性，不锈钢宜在保护性气氛、 中性气氛或傲氧化性气氛中加热，不许在还原性气氛或过分氧化中加热，也不许火焰直接喷射在毛坯上，否则会使钢增碳或使晶界区贫铬，而降低钢的抗晶界腐蚀的能力。
锻件在高温区的停留时间不宜过长，否则易造成严重氧化，元素贫化和晶粒粗化，具体吋按表重选择，一般不得少于10-20min。其他加热要求和结构钢类同。
三、锻后冷却的控制
由不锈钢组织结构的特殊性所决定，对锻后冷却应当控制。对马氏体不锈钢应当缓冷至600℃左右，然后空冷，以免产生马氏体相变裂纹和475℃脆性；对铁素体和奥氏体不锈钢锻后都要求快冷，以免铁素体不锈钢出现475℃脆性和奥氏体不锈钢沿晶界析出cr23c6面增加晶间腐蚀倾向。奥氏体不锈钢的敏化温度为480-815℃左右，这时将有Cr23C6沿晶界析出，大大降低抗蚀性能，所以在这些狙度区间不得停留，、必须快冷。
四、变形后*工序的安排
变形后续工序的安排，对不锈钢的酎蚀性和锻件质量有较大影电。马氏体不锈钢有着良好的淬透性，在锻后冷却过程中即可产生马氏体相变，所以锻件的酸洗清理工序必须安排在回火处理之后进行，否则会产生龟裂——应力腐蚀裂纹，锻后应及时回火处理，否则会出现自然开裂现象。对铁素体和奥氏体不锈钢为防止晶间腐蚀。只要锻件使用性能要求允许，锻后可在1050-1070℃退火，然后水淬，使Cr23C8保留在固溶体中，可减轻晶间腐蚀敏感性。奥氏体不锈钢往往经冷变形使用，只要按“固溶处理一冷变形一敏化处理”工序顺序，就具有优异的抗应力腐蚀和抗晶间腐蚀性能，但是决不允许按“固溶处理一敏化处理一冷变形”工艺順序。因为后者导致耐蚀性急骤下降。
综上所述，对不锈钢锻件来说，压力加工工 艺安排不仅要考虑塑性变形的良好成形性和工艺 性，更重要的是通过合理的压力加工变形和后续 处理11序获得细小弥散的碳化物质点（而不是 沿晶界分布。
五、变形程度的控制
铁素体和奥氏体不锈钢由于没有同素异构转变，零件的晶粒尺寸不能用热处理方法细化，只能靠所选用的锻造过程的热力学参数来控制。马氏体不锈钢虽有同素异构转变，如加热温度高、终锻变形程度小时，可能由于组织遗传引起低倍 粗晶。因此，对不锈钢材料除控制适宜的终锻温度外，最后一火次应具有足够大的变形量，终锻变形程度应大于12%-20%。铁素体不锈钢加热时晶粒长大的倾向最大，终锻变形程度应不低于30%。对于不锈钢钢锭，锻造比一般取2-3。这 时钢锭的柱状晶可以得到充分破碎，钢锭中心区的微裂纹和孔隙可以得到焊合，从而得到细晶组织。 例如，锻造Cr23Ni8钢锭，当锻造比为2.15时，强度指标比铸钢提高30%-50%。
六、对原材料中α相含量的控制
如前所述，奥氏体不锈钢中存在α相时，锻造时易在两相的界面处开裂。奥氏体不锈钢原材料中α相较多时。为避免锻造时开裂，不应采用镦粗、冲孔等附加拉应力较大的成形工序。 因此，照材料中的α相体积分数应加以控制，最多不超过10%。
各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
一、不锈钢的种类及特性
不锈钢既是耐蚀材料，乂可以作耐热材料， 还可以作低温材料及无磁材料。
从化学成分来看，不锈钢铬的质量分数一般都在12%以上，另外还含有一种或多种其他合金元素，所含合金元素的综合影响的结果，产生了三种基本类型的不锈钢，即奥氏体型、马氏体型和铁素体型，还有介于这二种类塑之间以及派生的其他类型的不锈钢。不锈钢在使用条件下，可以具备奥氏体、铁索体、回火马氏体组织，其分布见图。
奥氏体型不锈钢是在w(Cr)18%的不锈钢中加人镍、锰、氮等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，其中w(Cr)18%-w(Ni) 8%型是最基本的一类。用锰或氮代替部分镍而获得的Cr-Ni-Mni或Cr-Ni-Mn-N不锈钢，属于节镍型的钢种。美国AISI300系列的就属于奥氏体型不锈钢。该钢种无论在室温或高温，始终保持奥氏体组织，无法热处理强化，通常在固溶状态下使用，具有最佳的塑性，韧性及良好的加工成形性能，还具有良好的酎腐蚀及抗氧化性能，通过冷变形还可获得高的强度。所以，奥氏体不锈钢一般用于要求耐腐蚀、抗氧化或在较高温度下工作，对强度要求不很高，以及在较低温度下使用的零部件。对这类不锈钢应加以注意的问题是经600-860℃敏化处理后存在晶间腐蚀倾向，另外如加工处埋和使用环境不当还存在应力腐蚀及氢脆的敏感性。
铁素体不锈钢为体心立方（bcc)结构，铬固溶于体心立方的a-Fe固溶体中，w(Cr)一般在13%-30%范围内，不发生相变，其耐蚀性就总体而言它不及奥氏体不锈钢，但在抗应力腐蚀性能方面却优于奥氏体不锈钢。然而，由于间隙元素控制不当，可呈现475℃脆性、cr相脆性和离温腧性（加热至950℃以上）。当采用先进的冶炼工艺，使碳氮的质梁分数降低到100×10-6以下，可避免上述脆性的出现。从发展趋势看，它将代替邡分奥氏体钢。但是，对空气冶炼的铁素体不锈钢，在选择热变形工艺参数时，对上述“三脆”和晶粒长大的急剧性（见图 )必须加以注意。
马氏体型不锈钢的W(Cr) 一般在12％-18％范围内，当加热到高温时组织为奥氏体；冷却到室温时为马氏体，可热处理强化。它是一种理想的耐蚀、耐热型结构材料。常用的CrB型钢，淬火后的强度、硬度随含碳量增加而提高， 但耐腐蚀性及塑、韧性却随之降低。该类型钢，具有很高的热强性和较好的抗蚀件，特别适合制作在550-600℃以下及湿热条件下工作的承力件。这类型钢的耐蚀性不如铁素体型不锈钢和奥氏体甩不锈钢。因此，在制订热工艺参数时，必须综合考虑对其抗腐蚀性能，特别是抗应力腐蚀性能的影响，以及对耐热性和塑性的影响。
沉淀硬化型不锈钢兼有奥氏体型不锈钢和马氏体型不锈钢优点的过渡型不锈钢，它本身又分为奥氏体型、半奥氏体型和马氏体型。其成分特点是w(Cr)在12%以上，w(C)大多在0.1%以下，还含有铝、钛、钨、钼等，以形成化合物和进行强化。它通过固溶（淬火）得到奥氏体（含少量铁素体），然后可分别采用冷处理、调整处理或冷变形来得到马氏体，最后进行时效产生沉淀硬化。它们具有代表性的牌号是：0Crl7Ni4Cu4Nb (17-4PH )——马氏体型，0Crl7Ni7Al(17—7PH )——半马氏体型，A266—奥氏体型。在各类不锈钢中，它变形温度范围较窄，工艺塑性最差，硬化倾向最大，易发生晶粒长大，所以要求严格控制变形工艺参数。
二、变形溫度的选择和加热要求
1.确定变形温度的原则
奥氏体和铁素体不锈钢，在加热和冷却过程中无相的重结晶转变，锻件晶粒度的控制主要取决于始锻和终锻温度，以及终锻温度下的变形量的控制，热处理无法使晶粒细化。
奥氏体和马氏体不锈钢的锻造加热温度主要受离温铁素体形成温度的限制。加热温度过高时，奥氏体不锈钢中的α相铁素体量和马氏体不锈钢中的δ相铁素体量便会显著增多，使钢的塑性下降。由于α相（或δ相）与γ相的力学性能不同，塑性变形时，产生的变形不均匀，在两相界面上将产生裂纹。这两种不锈钢中α相和δ相铁素体的出现温度大致在 1000-1300℃范围内，随钢号不同而有所变化。
2.变形温度的选择
铁素体不锈钢在加热过程中晶粒易于长大，为了获得细晶粒组织，减轻晶间腐蚀和缺口敏感性，应尽可能在低的湛度不锻造，一般始锻温度为1120℃，终锻温度为700-800℃，而且不允许高于800℃。
马氏体不锈钢的始锻温度一般取1150℃, 终锻温度随其碳含最而异，高碳的取925℃，低碳的取850℃,两者均应离于钢的同素异构转变温度。
奥氏体不锈钢的始锻温度范围一般为1150-1200℃,终锻温度一般为825-850℃。对于普通的18-8型始锻温度取1200℃,当含钼或含高硅则取低于1150℃,对于25-12型和25-20型，使锻温度不高于1150℃,其终锻温度均不低于925℃。
沉淀硬化不锈钢的始锻温度范围一般取1120-1180℃,终锻温度一舣为850-950℃。对于马氏体型始锻温度取1180℃，终锻温度不低于850℃,形状较复杂的零件应回炉缓冷；对于半奥氏体型始锻温度取1150℃,终锻温度取高于950℃。
不锈钢的锻造温度范围见表中。
此外，为了得到细晶粒组织，对终锻工序或 精压工序等应将始锻温度取低些，一般可比规定 溢度降低50~8(TC。
3.加热要求
为了确保耐蚀性，不锈钢宜在保护性气氛、 中性气氛或傲氧化性气氛中加热，不许在还原性气氛或过分氧化中加热，也不许火焰直接喷射在毛坯上，否则会使钢增碳或使晶界区贫铬，而降低钢的抗晶界腐蚀的能力。
锻件在高温区的停留时间不宜过长，否则易造成严重氧化，元素贫化和晶粒粗化，具体吋按表重选择，一般不得少于10-20min。其他加热要求和结构钢类同。
三、锻后冷却的控制
由不锈钢组织结构的特殊性所决定，对锻后冷却应当控制。对马氏体不锈钢应当缓冷至600℃左右，然后空冷，以免产生马氏体相变裂纹和475℃脆性；对铁素体和奥氏体不锈钢锻后都要求快冷，以免铁素体不锈钢出现475℃脆性和奥氏体不锈钢沿晶界析出cr23c6面增加晶间腐蚀倾向。奥氏体不锈钢的敏化温度为480-815℃左右，这时将有Cr23C6沿晶界析出，大大降低抗蚀性能，所以在这些狙度区间不得停留，、必须快冷。
四、变形后*工序的安排
变形后续工序的安排，对不锈钢的酎蚀性和锻件质量有较大影电。马氏体不锈钢有着良好的淬透性，在锻后冷却过程中即可产生马氏体相变，所以锻件的酸洗清理工序必须安排在回火处理之后进行，否则会产生龟裂——应力腐蚀裂纹，锻后应及时回火处理，否则会出现自然开裂现象。对铁素体和奥氏体不锈钢为防止晶间腐蚀。只要锻件使用性能要求允许，锻后可在1050-1070℃退火，然后水淬，使Cr23C8保留在固溶体中，可减轻晶间腐蚀敏感性。奥氏体不锈钢往往经冷变形使用，只要按“固溶处理一冷变形一敏化处理”工序顺序，就具有优异的抗应力腐蚀和抗晶间腐蚀性能，但是决不允许按“固溶处理一敏化处理一冷变形”工艺順序。因为后者导致耐蚀性急骤下降。
综上所述，对不锈钢锻件来说，压力加工工 艺安排不仅要考虑塑性变形的良好成形性和工艺 性，更重要的是通过合理的压力加工变形和后续 处理11序获得细小弥散的碳化物质点（而不是 沿晶界分布。
五、变形程度的控制
铁素体和奥氏体不锈钢由于没有同素异构转变，零件的晶粒尺寸不能用热处理方法细化，只能靠所选用的锻造过程的热力学参数来控制。马氏体不锈钢虽有同素异构转变，如加热温度高、终锻变形程度小时，可能由于组织遗传引起低倍 粗晶。因此，对不锈钢材料除控制适宜的终锻温度外，最后一火次应具有足够大的变形量，终锻变形程度应大于12%-20%。铁素体不锈钢加热时晶粒长大的倾向最大，终锻变形程度应不低于30%。对于不锈钢钢锭，锻造比一般取2-3。这 时钢锭的柱状晶可以得到充分破碎，钢锭中心区的微裂纹和孔隙可以得到焊合，从而得到细晶组织。 例如，锻造Cr23Ni8钢锭，当锻造比为2.15时，强度指标比铸钢提高30%-50%。
六、对原材料中α相含量的控制
如前所述，奥氏体不锈钢中存在α相时，锻造时易在两相的界面处开裂。奥氏体不锈钢原材料中α相较多时。为避免锻造时开裂，不应采用镦粗、冲孔等附加拉应力较大的成形工序。 因此，照材料中的α相体积分数应加以控制，最多不超过10%。
各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
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