奧氏體不銹鋼鍛造工藝過程淺析

劉勇

蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司 安徽蕪湖 241000

近年來隨著我國工業(yè)的發(fā)展，不銹鋼鍛件具有最佳的塑性、韌性、良好的加工成型性及良好的耐蝕性和抗氧化性，一般用于要求耐腐蝕、抗氧化或在較高溫度下工作。在石油、化工、動力機(jī)械和航空工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。我們徑向車間自從公司模擬法人制建立以來，為開辟新的鍛件領(lǐng)域，適應(yīng)鍛件市場的需求，在部門領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，一直致力于新鋼種的開發(fā)與創(chuàng)新，采用“快——徑”聯(lián)合的方式成功開發(fā)和改進(jìn)了奧氏體不銹鋼（00Cr13Ni18N）的鍛造工藝。

1 鍛造工藝分析

奧氏體不銹鋼不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，不能用熱處理強(qiáng)化，只能通過熱鍛成形和再結(jié)晶獲得高的強(qiáng)度。它與一般碳鋼相比鍛造難度方面有許多不同特點：導(dǎo)熱系數(shù)低，鍛造溫度范圍窄，過熱敏感性強(qiáng)，高溫下變形抗力大，塑性低等特點。奧氏體不銹鋼在高溫下晶粒易長大，但長大傾向不如鐵素體不銹鋼強(qiáng)烈。鍛造不銹鋼比鍛造合金結(jié)構(gòu)鋼困難，這是因為不銹鋼在高溫下的可鍛性比合金結(jié)構(gòu)鋼差；其次，奧氏體不銹鋼加熱到鍛造溫度時，晶界上仍有第二相（α鐵素體）存在，由于它與基體γ相的力學(xué)性能和再結(jié)晶條件不同，使不銹鋼的塑性大為下降。這是因為在熱鍛奧氏體時，變形主要集中于變形較小的鐵素體相，α相和γ相界面附近的變形分布及不均勻，由此產(chǎn)生了較大的附加應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過了兩相間結(jié)合力時，便沿兩相界面產(chǎn)生裂紋。圖1表明，當(dāng)α相含量在20%-40%范圍時，鉻鎳奧氏體不銹鋼的高溫塑性最差。所以在鍛打工藝方面提出了嚴(yán)峻的考驗。

圖1 鉻鎳奧氏體不銹鋼的高溫塑性與其α含量的關(guān)系

2 奧氏體不銹鋼的鍛造特點

鍛造加熱時，奧氏體不銹鋼不像鐵素體不銹鋼那樣晶粒特別容易長大（圖2所示），此外，奧氏體雙相不銹鋼中的α相也要增多。經(jīng)過對00Cr13Mn18N鋼進(jìn)行的鍛打?qū)嶒炑芯勘砻?，加熱溫度超過1200℃以后，α相的數(shù)量增加較快，使晶粒劇烈增大，將引起力學(xué)性能抗晶界腐蝕性能變差，這樣鍛打時最容易導(dǎo)致端頭“十字”開裂。因此，奧氏體不銹鋼的始鍛溫度一般都不超過1200℃，應(yīng)嚴(yán)格控制在1120℃-1180℃之間。

3 奧氏體不銹鋼鍛造要點

3.1 快鍛機(jī)預(yù)開辟

（1)嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍，使變形在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)溫度下降時（低于950℃），應(yīng)立即返爐。鍛打過程中加熱效應(yīng)使溫度上升時，應(yīng)減輕錘擊力量或稍停一會，待坯料降至正常溫度后再鍛打。

（2)在快鍛機(jī)預(yù)開辟時應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“輕—重—輕”的操作方法，即在1050℃以上輕擊，輕拍時下壓量盡量控制在30mm以內(nèi)；1050一950℃適當(dāng)重?fù)?，可以達(dá)到30mm-50mm；950℃以下輕擊，這是因為在過高溫度下，金屬易于過熱，強(qiáng)度降低；在過低溫度下，鋼的塑性下降，重?fù)羧菀滓痖_裂。

（3)操作中應(yīng)注意溫度均勺、變形均勻；倒角時兩角要對齊在一條直線上。要輕打，避免重?fù)?、連擊，否則會使心部拉裂。

（4)拔長時送進(jìn)量要合適，送進(jìn)量過大就導(dǎo)致十字裂紋的產(chǎn)生，過小則導(dǎo)致變形不夠，達(dá)不到奧氏體不銹鋼心部鍛透性的要求。

3.2 徑鍛機(jī)成型

（1）快鍛開完辟后，應(yīng)立即返爐，在1200℃的爐溫下保溫30-40分鐘，使料溫能達(dá)到1150℃左右開始上徑鍛機(jī)鍛打。

（2）由于快鍛機(jī)的預(yù)開辟，奧氏體不銹鋼內(nèi)部粗大晶粒已經(jīng)基本被打碎，此時徑鍛機(jī)可以適當(dāng)加大鍛打下壓量（25mm-40mm）和操作機(jī)的進(jìn)給量（30mm-50mm）。

（3）在離最終產(chǎn)品還有30-40mm的可鍛范圍內(nèi)，此時的鉻鎳奧氏體不銹鋼的料溫在950℃-1100℃之間，然后快速淬水冷卻，淬水后的料溫保持在650℃-750℃之間，碳及其它合金元素來不及析出，獲得純奧氏體組織。然后在上徑鍛機(jī)鍛打。最后成品采用空冷冷卻，這樣鍛出來的奧氏體不銹鋼，其硬度和強(qiáng)度都有所提高，塑性較好，具有良好的耐腐蝕性和良好的抗高溫性能。

4 結(jié)語

奧氏體不銹鋼的鍛造過程采用“快——徑”聯(lián)合鍛造方法，一方面使用快鍛預(yù)開辟可以改變不銹鋼內(nèi)部晶粒大小，提高其塑性；一方面由于徑向鍛造錘頭打擊速度快，鋼表面溫降小，促使其變形速度加快，從而減小臨界變形量，有利于獲得細(xì)晶組織。