PDF《1Cr13 钢锻裂原因分析》

1Cr13 钢锻裂原因分析 李延峰 摘要论述了 1Cr13 钢因成分设计原因,造成高温时存在两相组织,锻造塑性 下降,并提出了解决办法 关键词 高温塑性 两相组织 锻裂 1Cr13 主要用于韧性要求较高具有不锈性的受冲击载荷的部件,如叶片、紧 固件、阀门、热裂解设备备件等,也可用于常温下耐弱介质腐蚀的一些设备.

某 厂经常生产轮盘用 1Cr13 钢锻件.锻造过程中经常出现开裂的情况,开裂往往在 钢锭拔长阶段就已出现,随着锻造的进行,裂纹迅速扩展.采取退火后清理及车 床加工去除裂纹再重新加热锻造的生产工艺路线, 严重影响了产品制造成本和生 产周期,裂纹废品时有发生.为弄清 1Cr13 钢锻裂原因,从金相组织和生产实际 等方面对该钢进行了广泛的研究.

1、 化学成分 1Cr13 的化学成分如表 1:(GB1220-92) C Si Mn Cr S P ≤0.15 ≤1.00 ≤1.00 11.5 C13.5 ≤0.035 ≤0.035 表一 1Cr13 化学成分

2、 铬不锈钢的相图 铬不锈钢 Fe-Cr-C 系含铬 12%的垂直截面相图如图 1: 从金相组织划分,1Cr13 钢属于半马氏体钢,在常温下是铁素体和马氏体的 混合组织.从Fe-Cr-C 合金相图分析,在高温下(热加工温度)也存在α相 (铁素体)和γ相(奥氏体)组织.在两相共存区进行热加工时容易出现由于两 相的变形率不同,造成应力集中,导致铁素体相晶界断裂.因此,1Cr13 钢由于 成分设计的原因,使该钢很容易发生锻造开裂.

3、 1Cr13 钢高温塑性 对1Cr13 钢进行了高温塑性试验,试验结果如图 2: α α γ γ+δ δ γ 温度℃ 12%Cr C 含量% 图1Fe-C-Cr 相图(简图) δ ψ δ ψ 温度℃ 图21Cr13 钢高温塑性 从塑性图上看,在1000 及1100℃时,断面收缩率下降,而在 1200℃则又重 新升高.结合相图分析,1000 和1100℃断面收缩率所以降低,是因为在这一温 度区域内,组织是由两相组成的.两相的变形率不同,造成应力集中,导致铁素 体相晶界断裂,表现为断面收缩率降低.高温塑性实验证实 1Cr13 钢塑性降低是 由于两相共存造成的.

4、 提高 1Cr13 钢锻造塑性的途径 已知 1Cr13 钢锻造塑性的降低主要是由于两相共存造成的, 因此从消除两相 共存入手进行分析.从图 1(Fe-Cr-C 相图)分析,有α、γ、δ三个单相区. 定性的分析,很低的 C%含量(小于 0.08%)高温时(大于 1200℃)为δ单相区 (高温铁素体) 、低温时(小于 1000℃)为α单相区(低温铁素体) ,较高的 C% 含量(大于 0.15)在锻造温度区(1200-900℃)为γ单相区(奥氏体) .在这三 个单相区内,1Cr13 应该具有较高的塑性.考虑到锻造是在持续温降的过程中进 行的,以及加热炉对温度的承受能力等因素,认为在δ单相区锻造实际上是不可 行的.而在α单相区锻造因为锻造温度区间窄,低温变形抗力大等原因,使得α 单相区锻造困难重重.因此选择γ单相区锻造是必然的.但是,标准要求 1Cr13 钢C%≤0.15,在较低的 C%含量下,获得单一的γ相是相当困难的.只能获得以 γ相为主的γ、 α两相共存组织. 据资料介绍, 两相中铁素体 (α相) 量在 10%-30% 范围内最容易锻裂.而影响两相比例的主要是 C、Cr 等化学成分.有人认为,含 碳量在 0.08%-0.12%之间锻裂的敏感性最大.为保证热加工性能,冶炼这种钢时 必须对碳、铬含量严格地内控.根据经验,用电炉冶炼、浇注成 5.5t 的大钢锭, 若钢中含碳量