化学成分对1Cr13钢中铁素体含量的影响

第１２卷总第４９期　特钢技术　Ｓｏｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｔｅｃ　Ｖｏ１．１２（４９）　２０ｏ６．Ｎｏ．４　２００６年第４期　化学成分对１Ｃｒ１３钢中铁素体含量的影响　李海生　（攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司技术中心，四川江油６２１７０１）　摘要：特殊使用条件下的ＩＣｒｌ３叶片型不镑钢要求铁素体含量＜５％。本文从化学成份角／／＿Ａ￣，通过半马氏体　钢ＩＣｒｌ３中常见元素时轶素体含量影响的分析，蛄合相关试验数据，提出了解决钢中铰素体含量（５％的具体办法。　关键词：化学成份铰素体半马氏体　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｆｅｒｒｉｔｅ　Ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　Ｓｔｅｅｌ　１　Ｃｒ１　３　Ｌｉ　Ｈａｉｓｈｅｎｇ　（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｅｎｔｅｒ。Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｃｈａｎｇｃｈｅｎｇ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．１ａｄ．。Ｐａｎｇａｎ８　Ｇｒｏｕｐ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｊｉａｎｇｙｏｕ　６２１７０１）　ＡＩｍｒａｅｔ：Ｆｅｒｄｔｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　１Ｃｒｌ３　ｆｏｒ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｂｌａｄｅ　ｉｎ　ｓｐｅｃｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　５％．ｈａ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ－ｉｎ　ｖｉｅｗ　０ｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｏｏｍｍｏｌｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｋ　一ｍａｒｔｅｍｉｆｉｃ　ｓｔｅｅｌ　１Ｃｒ１３　ｏｎｆｅｒｄｔｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗｌ船　ｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｄａｔａ。ｔｈｅ　ｍｅａ８硼ｔｏ　ｍａｋｅ　Ｅｅｒｒｉｅｔ　ＣＯｎｔｅｎｔ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　５％ｗ聃ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ。Ｆｅｒｒｉｅｔ，Ｈａｌｌ—ｍｕｒｔｅｎｓｉｔｅ　１Ｃｒｌ３钢属半马氏体型，即除马氏体外，组织结　铬一碳三元合金，工业用马氏体铬不锈钢，不是单纯　构中还有铁素体组织。该钢有较高的韧性和冷变形　的铁一铬一碳合金，尚含其他元素，钢的最终组织由　性；热处理后，主要制造要求韧性较高。承受冲击载　这些元素相互作用所决定，可以按各元素形成奥氏　荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀、紧固件等。　体和铁索体的能力将其分别换算成铬和镍的当量，　ＩＣｒｌ３叶片型不锈钢的化学成份见表１。半马　利用图１来确定钢的最终组织，也就是说钢的最终　氏体型叶片钢组织结构中存在着铁索体组织，一般　组织由钢的化学成份各元素的含量所决定。　为１０％一２０％左右，对于普通叶片生产而言不会影　衰１　１Ｃｒｌ３叶片型不锈钢的化学成份　响其使用性能，因此国家标准ＧＢ８７３２—８８中也没有　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｏｍｐｅｓｌｅｏｎ　ｅｔ　ｓｔｅｅｌ　ｌＣｒｌ３　ｆｏｒ／ｍ－ｂｉｎｅ　ｂｌａｄｅ　对１Ｃｒｌ３中铁素体含量作要求。由于钢中铁索体的　存在会影响到钢的热塑性。降低钢的强度并恶化钢　的横向韧性和耐蚀性，因此对于特殊要求的叶片而　言（如东芝叶片）它要求钢的韧性高，承受冲击载荷　的能力要强，即要求尽量减少钢中铁素体的含量，最　１．２　１Ｃｒｌ３叶片型不锈钢中常见元素的分析　好控制在５％以下。鉴于此，我们对该问题进行了　１．２．１铬的影响　研究和试验工作，从化学成份角度人手，通过常见元　素对铁索体含量影响的分析，找出解决问题的办法。　１理论分析　啦　●　■　｜『盯　１．１　理论依据　毫　１Ｃｒｌ３属半马氏体铬不锈钢，组织结构中除含　马氏体外，还含有铁素体组织，从成份设计来看，碳、　铬含量相对稳定，综合力学性能较马氏体铬镍不锈　图１不锈钢组织图　钢差。　Ｆｉｇ．１　Ｓｔｎａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　１Ｃｒｌ３　ｆｏｒ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｂｌａｄｅ　１Ｃｒｌ３作为马氏体型铬不锈钢，其主要合金元　Ｃｒ当量：％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋ｉ．５％Ｓｉ＋０．５％Ｎｂ　素是铬、铁和碳。因此马氏体铬不锈钢是一类铁一　Ｎｉ当量＝％Ｎｉ＋３０％Ｃ＋０．５％Ｍｎ　收件日期：２００６—０３—１６惨回日期：２００６—０８—１７　作者简介：李￣１＝（１９６９一）男　工程师。在攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司技术中心从事新产品开发和工艺研究工作　联系电话：（０８１６）３６５２２００　Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｇｓ＠ｃ№．ｃｏｒｎ．ｅｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

・２６・　特钢技术　第ｌ２卷第４期　铬是铁素体的形成元素，足够量的铬可使钢变　成单一的铁索体不锈钢，热处理不会产生马氏体转　变。马氏体铬不锈钢中铬与碳的交互作用使钢在高　温时具有稳定的奥氏体相区或奥氏体＋铁素体相　区。为了使钢在淬火时产生马氏体转变，铬和碳之　间存在着一个相互依存的关系。碳使奥氏体相区扩　大、而碳的溶解极限随铬量的提高而减少。　１．２．２碳的影响　在马氏体铬不锈钢中，碳是除铬外的重要元素。　它是奥氏体形成元素，形成奥氏体元素的能力为镍　的３Ｏ倍，为使钢具有不锈性，钢中的Ｃｒ一般为ｌ２％　以上。对于铁一铬合金而言，这样的铬量已使奥氏　体相区封闭，使钢成为单一的铁素体组织，而不能用　热处理产生马氏体转变，为了产生马氏体转变，碳含　量一般在０．１％一１．Ｏ％之间变动。对低碳１Ｃｒｌ３而　言，铬含量就不能太高，也就是说这种钢种的碳、铬　量相对稳定。　１．２．３其他元素的影响　在１Ｃｒｌ３型叶片钢中，锰、镍、硅为常存元素，　镍、锰都是奥氏体形成元素，锰的影响为镍的一半，　镍的重要作用之一是降低钢中的铁素体含量。在所　有合金元素中效果最好，在特定的碳和铬含量的情　况下，这一作用可使钢获得满意的相变效果。硅为　铁素体形成元素，促进铁素体形成能力强于铬。　１．２．４综合分析　１Ｃｒｌ３的性能由最终的组织决定，要获得较少　的铁索体组织及良好的力学性能，唯一的途径只能　从改变钢的最终组织来完成。从常见元素分析可知　镍能降低钢中铁素体含量，并且能在特定的碳、铬含　量情况下可使钢获得满意的相变效果。那么镍元素　对改变钢的最终组织关系至关重要。对１Ｃｒｌ３钢而　言，镍元素要求≤０．６０％。从以往的成份控制而言，　不会有意去添加，但特殊要求的条件下（铁素体＜　５％）镍元素的添加使铬不锈钢不仅变为相对而盲的　铬镍不锈钢，综合力学性能将有所改善，更重要的是　希望达到理想的相变效果，降低铁索体含量。当然　其它元素的影响也同样应该考虑，铬镍不锈钢组织　含ａ相、８相、７相和碳化物相组成。最终的比例也将　由图１来决定，换而言之也是由元素间相互作用所　决定，这就为我们解决问题提供了一个途径。　１．３解决问题的途径分析　通过对ＩＣｒｌ３叶片型不锈钢的理论依据以及常　见元素对组织的影响分析，我们可以很清楚地知道　要使得１Ｃｒｌ３最终的组织结构满足铁素体含量＜　５％。那么最重要的就是对１Ｃｒｌ３各元素的化学成　份含量加以控制。也就是说化学成份对１Ｃｒｌ３叶片　钢的最终组织起至关重要的作用。解决问题应从这　方面人手。　２实验部分及数据分析　２．１实验部分　寰２　１Ｃｒｌ３化学成分与铁素体含量的关系／％　Ｔａｂｌｅ　２　Ｒｅｌａｔｉｏｍｈ；ｐ　ｂｅｔｗ￣ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｍｎｌ￣ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｓｔｅｅｌ　１Ｃｒ１３／％　裹３铁素体含量与性能的关系　Ｔａｂｌｅ　３　Ｒｅｌａｔｉ（ｍｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｌｍ　ｆｅｒｒｉｅｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　２．２数据分析　（１）从计算公式可知，１Ｃｒ１３叶片型不锈钢的ｃｒ　当量在ｌ１．５１％一１５％，Ｎｉ￣ｊｔ在０．３０５％一５．６％之　间，从图１不锈钢组织相图可知：当ｃｒ当量在１２％一　１４％范围时，要实现铁索体组织＜５％，Ｎｉ￣ｊｔ至少要　在４．Ｏ％左右。　（２）从表２数据看，前４个母炉号的ＩＣｒｌ３当最　均在ｌ３左右，而Ｎｉ￣ｔｔ在２．８８５％一３．６７％，铁索体　含量在ｌ３％一２０％左右，而后２个母炉号的１Ｃｒｌ３　的Ｃｒ当量在ｌ２．５％左右，而Ｎｉ当量在４．５％一４．７５％　之间，铁索体含量均＜５％。试验数据与理论分析极　其相符。　（３）从表３来看。正是由于前４个炉号的１Ｃｒｌ３　组织结构中铁素体含量较高。致使力学性能、强度及　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６　ｆｉｌｌ　４期　李海生：化学成分对ＩＣｒｌ３钢中铁素体含量的影响　７’２￣　冲击韧性均较低，意味着制成零件叶片后的使用性　能较差，而后２炉的１Ｃｒｌ３则相反，铁索体的含量　最为有效的一种元素，那么将Ｎｉ控制在０．４％一０．　６％将取得非常好的效果。　少，强度及冲击韧性大幅度提高，适用于特殊条件下　使用的叶片。　３结论　（１）ＩＣｒｌ３叶片钢中各元素的控制即化学成份　（４）进一步分析，通过表２可以很清楚地看到　前４个炉号的ｃ、Ｍｎ及Ｎｉ元素都非常低，而ｃｒ及Ｓｉ　是决定组织中铁索体含量能否达到特殊要求，并能　元素都较高，根据元素对组织的影响可知这是导致　否获得满意的力学性能的关键。　此４炉钢铁素体含量都超标的因素；而后２炉恰恰　（２）提高奥氏体形成元素即Ｎｉ当量；降低铁素　相反，Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ特别是Ｎｉ元素都在中上限，而ｃｒ及　体形成元素即铬当量，同时适当按中限添加Ｎｉ元素　ｓｉ元素都很低。铁素体含量均满足特殊要求＜５％，　都是保障ＩＣｒｌ３组织结构中铁素体＜５％并获得良　这就非常清楚地为我们提供了解决问题的方法。　好的机械性能的有效手段。　２．３解决问题手段　４　结束语　２．３．１　降低铁素体形成元素即ｃｒ当量，宜将Ｃｒ控制　在１１．６％　１２．５％左右，ｓｉ不大于０．３０％，也就是　尽管通过化学成份的控制可以达到ＩＣｒｌ３中组　按中下限控制。　织的特殊要求，同样另外一些影响因素，如加热温度　２．３．２　提高奥氏体形成元素即Ｎｊ当量，宜将Ｃ控制　的控制、加热时间（特别是高温段的停留时间）以及冷　在０．１０％。０．１５％，Ｍｎ　０．５％一０．８％，也就是按中　气方式都会影响钢中铁素体的含量，在此不作研讨。　上限控制。　参考文献　２．３．３　Ｎｉ元素的添加：根据Ｎｉ元素是降低铁素体　１　ｌｔｌｉ，￣美等蝙著．不错钢【Ｍ】北京：原子能出版社　２薛菇德蝙著．全属学［Ｍ］北京：冶金工业郝出版社　（上接第９页）　【ａ）鼠过罪冷断口韧膏　【ｂ）脯过深冷的宏观裂纹　图３跳过深冷处理的试样的ＫＩＣ断１：３扫描照片　Ｆｉｇ，３　ＳＥＭ　ｆｒａｅｔｏｇｒａｐｈｉｅｓ　ｏｆ　ＤＦ—ｓｋｉｐｐｅｄ　ＫＩＣ　ｓａｍｐｌｅｓ　含量降低，导致原残余奥氏体处的局部Ｍｓ点升高，　使得Ｍｓ点升高，残余奥氏体很容易转变成很脆的　所以在时效过程当中残余奥氏体转变成为马氏体。　马氏体是造成上述现象的原因。　新生的马氏体非常脆，所以淬火后如果跳过深　｛－Ｉ考文献　冷处理直接进行时效，钢的韧性会下降，容易产生裂　Ｉｌｌ钢铁研克总虎蝙译・Ｉｌ外起高强度钢［Ｍ】．北京：钢轶研究总　纹。同时，在力学试验中的外加应力也促进残余奥　虎，　９９２；　一６４　氏体转变成为马氏体　Ⅱ了产生微裂纹的可能。　言　：三　连攮转变理论的研宽　３　ｌｉｌｉｉ￣　ｉｔ　＠．Ａｌｏｏ　单删悃　鞭舣　ｂ黼￣　２００１：８２　６￣８２８跳过深冷处理使得Ａ１００钢中的残余奥氏体积　［４】朱子新＋成每臭氏体时３ｏｏＭ超高强度钢冲击疲劳性能的影响　分数增加，但钢的断裂韧性、钢的屈服强度和其它各　【Ｒ］・天津大学学报，２００１，３４（　）：　。　・　项力学性能却在降低。研究认为在时效过程当中由　引ｇｏｊ１．Ｓａ／ｏ．Ｔｈｅ　Ｔ。Ⅱｇｈ　矾　曲　Ｍ　・　ＵｓＡ．姗：　于合金碳化物的析出，奥氏体稳定化元素含量降低，