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新型耐蠕变马氏体耐热强钢的试制工艺研究

2011-2-14 11:04:38 中国耐热钢网 【字体:

中国耐热钢网随着世界各国航空工业的迅猛发展,普通12%Cr马氏体不锈钢已不能满足航空发动机用材对高热强性及短时蠕变性能的严格要求,故各国纷纷研制开发了一系列改型的12%Cr马氏体热强不锈钢。1Cr10Co6MoVNbN钢广泛用于高压压气机转子、盘、叶片等重要部件。20世纪80年代初抚钢曾进行过小批量生产,但生产中遇到了一些难题,如钢坯容易粗晶、缺口抗拉强度不稳定、成品材退火硬度高、链状Nb(N,C)影响纯洁度等问题,生产难度较大。

1Cr10Co6MoVNbN的淬回火态显微组织为板条状回火马氏体,钢的纯净度很高,达到MSRR9964D1标准,并具有较高的抗蠕变、热稳定及强、韧性配合等指标。该钢是在0.1%C-12%Cr型不锈钢的基础上演变而来的,通过向钢中添加6%Co,既平衡了钢的组织,又不太降低钢的相变点(Ac1、Ms点),同时还可促进钢的二次硬化效果。为了提高钢的热强性,在钢中加入了Cr、Mo、V、Nb等元素,这些元素熔点高,点阵常数比铁大,可引起铁的晶格畸变而使之强化,同时提高铁素体的再结晶温度、增强钢的回火抗力以及在回火过程中形成高熔点、高硬度、高弥散度的碳化物来提高钢的热强性。此外,加入一定量的N可减少δ组织,加入适量的B可强化晶界,进一步提高钢的耐蠕变性能。

真空感应冶炼工艺:电极棒采用德国IS700V11(3t)真空感应炉进行冶炼,炉子最大容量3t,最大功率1800kVA,熔化速度1500kg/h,极限真空度0.1Pa,冶炼频率150Hz,搅拌频率50Hz,坩埚直径760mm,操作要点如下:

①熔化期。任务是使炉料融化并初步达到合金化,同时去除钢液中的气体为高真空精炼做准备。为防止架桥,并避免瞬时放出大量气体,应采取分批加料的办法。采用3kPa低压充氩,使在测温、取全熔样时,加料室和熔炼室的真空度相近似,从而简化了加料室的抽真空操作程序,也不会影响钢液中气体的去除。炉料全熔后进行测温、取全熔样分析化学成分,为精炼期合金化调整化学成分提供依据。

②精炼期。在高真空和适当温度下进行精炼,并达到合金化。全熔后,开动全部高真空泵进行抽气,并控制好钢液的温度(1550~1580℃)。在调整化学成分后,以50Hz进行10~20min搅拌,使钢液成分均匀,也易于去除钢液中气体。

③关键元素的控制。Mn、N属易挥发的元素,故在调整成分前,要使炉中充氩至3kPa(Mn的挥发平衡蒸气压为2.7kPa)。如不充氩,调整后钢中Mn、N的成分会降低,造成钢的成分不合格,且Mn、N在精炼完成后加入,先加金属Mn,后加氮化铬合金,加入氮化铬合金时要缓慢,同时关闭真空阀门,以防止钢水喷溅严重,以提高N的吸收率,此时Mn的吸收率约为70%~80%,N的吸收率为75%~85%。

之后又采用真空自耗重熔工艺:钢锭重熔采用西德L700P7真空自耗重熔炉,结晶器为准406mm,极限真空度0.1Pa,水温≤45℃,漏气率≤50μl/s,工作电压22~26V,电流6000~8000A,平均熔化速度200~300kg/h。全过程采用计算机自动控制熔速,为防止链状Nb(C,N),加强电池搅拌,保证熔池活跃到边,同时,后期采用阶梯式降速,以减少偏析,从而改善组织。

该钢的锻造在2000t快锻机上进行,为保证获得细小晶粒及优良的性能,应制定合适的始锻温度、终锻温度并控制恰当的锻造比;为防止加热时产生过大应力使坯料开裂,应控制合适的装炉温度及升温速度;同时,为保证钢锭心部均匀透烧且不形成粗大的组织,还应控制合适的加热温度和保温时间,以及锻后及时进行退火,消除加工硬化及残余应力,防止开裂。该钢的锻造参考温度为:始锻温度1120~1150℃,终锻温度850~900℃,锻造温度范围为220~250℃。

采用1170℃×30min油冷+625℃×2h空冷两次回火,室温力学性能达到最佳强韧性配合。在淬回火条件下,抗蠕变性能完全达到标准要求。缺口抗拉强度也达到技术要求。

结果表明:抚顺特钢的生产工艺合理可行,钢的内在冶金质量优良,淬回火状态下组织均匀、稳定,具有良好的热强性、抗蠕变及热稳定性,低的缺口敏感性和良好的塑韧性,可满足航空用材的要求。(榕霖)

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