17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢锻造开裂问题的解决措施

1、174PH马氏体沉淀硬化不锈钢锻造开裂问题的解决措施17-4PH兼有强度高、耐蚀性好的优点，传统的工艺为固溶+时效处理，普遍采用的固溶温度为1040，随着时效温度和时效时间的延长，其强度和硬度升高，而塑韧性降低，因此就容易引起锻造开裂现象。在本文的研究中，在传统工艺的基础上，增加对相关化学成分的调整处理，可以细化马氏体基体组织，提高材料的韧性及耐蚀性。117-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的特点和应用1.1特点分析17-4PH钢属于沉淀、硬化不锈钢。强度水平相当于Cr13型马氏体不锈钢，耐蚀性相当于18-8型奥氏体不锈钢。有良好的冷、热加工性能和焊接性能和铸造性能。1.2应用17-4PH不锈钢广泛

2、应用于飞机发动机、导弹、化工设备、核反应推重、制作400以下工作零件。海上平台、直升机、甲板、航天涡旋机叶片、核废物桶等等。美国一些先进的飞机发动机如CFM-56CFM-80等。不少中温工作的承力件用17-4PH钢制作。在我国新研制的某型号发动机中也有不少17-4PH钢的零件。在我国首先研制并获得应用的沉淀硬化不锈钢也是17-4PH钢，但到目前为止应用时间不久。2锻造开裂原因分析近期对17-4PH合金是沉淀、硬化马氏体不锈钢材料用度越来越广。但产品在锻造过程中表层开裂特别严重。钢锭是电渣重熔冶炼。钢锭通过机床加工两端和外径车光，无重熔时暂留缺陷。在鐓粗过程、拔长过程、压下过程都会产生严重开裂事

3、故，导致生产不能正常进行，不得不停产分析开裂原因。2.1锻造加热温度过高考虑到为了增加抗腐蚀能力，材料中铜熔点为1083，当加热温度超过1100，因选择性氧化作用富铜层将熔化侵蚀钢表层晶粒界。在1100以上锻造时，会发生热脆现象，使锻件表层发生鱼鳞状开裂现象。基于这个理论，我们首先制订了两种试验方案：将锻造加热温度调整为1100，始锻温度为1080，终锻温度为880。进行温锻试验，加热温度为880，始锻温度为860，终锻温度为660。在制订方案并实施的同时笔者与上海材料研究所、武汉大学取得联系，将17-4PH的锻造过程开裂情况与专业高级工程师、武汉大学他们的意见，也是建议降低锻造温度严格控制锻

4、造过程，按照新的试验方案进行了试验锻造的试验件、锻件仍开裂。方案进行温锻试验因变形抗力大，无法完全成形。至此，生产试验工作不能进行。为了找到锻件开裂的真正原因，笔者在自由锻锤上做了小件模拟性试验。首先把锻件在锤上轻锻六面，开始重锻，锻件未出现开裂现象。为了找到产品开裂的真正原因，用远红外测温仪检测连续锻造过程，发现产品在大约985左右这个温度正好是锻造的红脆区。即高温脆性又可称热脆性。钢的冲击韧度极低，至此高温下锻造易产生裂纹。通过几次试验确定17-4PH锻造开裂的真正原因是拔长过程中锻造温度控制不当而造成。2.2化学成分控制不否合理17-4PH不锈钢的化学成分控制（见表1）。国产变形钢和铸钢

5、的相应排号分别为Cr17Ni4Cu4Nb和ZGOCr17Ni4Cu3Nb，17-4PH为超低碳钢，不利用碳起固溶强化和碳化物强化的作用。碳量多会使钢的韧性、耐蚀性和焊接性能降低，铜含量多会使钢字锻造过程增加难度。磷在晶界偏折与Nb-C-P的相互作用有关，当6nbc20时，钢的韧性低，当nbc6时，钢的韧性高，nb和p生成nbp，与碳作用生成nbc，当nbc生成量增加，碳在晶界的数量减少，磷便扩散到晶界上，形成磷偏折，使钢变脆，这也就增加了铸件开裂的可能性。17-4ph钢中铜是产生时效硬化的元素，在奥氏体中的溶解度达9%而在铁素体中的溶解度在室温下小于0.2%。固溶处理时铜溶于基体，在冷却转变的

6、马氏体中有很大的过饱和度，在随后的时效中，即富铜相中基体中弥漫沉淀，产生硬化效果，但是铜的含量过多则易产生晶界偏折，降低钢的塑性和韧性，还易产生锻造时裂纹。3解决措施3.1做好温度控制通迪试验后得出结论17-4PH的钢材的最高加热温度不大于1260，不会产生过热问题。经过试验探讨后决定鐓粗后拔长连续锻造的加热温度调整到1260，出炉后在压机上轻压外圆四周，然后重压保证终锻温度在1000以上，整个过程用测温仪监控，成功解决了锻件开裂情况为今后生产17-4PH的材料奠定了技术基础。3.2科学限制相关化学成分的含量首先必须限制碳和铜的含量，若碳量增多，就有多余的碳替代晶界上磷，钢的韧性提高，所以铌取

7、中下限为宜。锰和硅均不是主要合金元素，在熔炼过程中它们能对其他元素起保护作用，防止其氧化。硅还能提高钢液的流动性。铬和镍是17-4PH钢中的主要元素，保证钢在室温和高温有高的力学性能和抗蚀性。其次，铬量不应低于15.5%，铬不有抗氢脆的作用。第三，合理控制镍和铌等化学成分的含量。镍既提高钢的强度又提高韧性，铌和钼都是碳化物形成元素，一般17-4PH中仅加铌，在钢中生成NbC，呈细小颗粒状分布于基体中。在奥氏体化温度NbC未完成溶解，阻碍晶粒长大。Nb还提高钢的大抗力，而不显著降低钢的强度，铌还是保证室温和高温强度的重要元素。具体参数及操作流程详见表2。4结论以上所述通过调整锻件的加热温度以及加热时间，严格控制锻造变形过程的始锻温度，成功解决了常规锻造17-4PH材料开裂的问题，并总结出如下注意问题：17-4PH是沉淀、硬化、马氏体不锈钢，若用于锻件生产，在材料采购中控制冶金过程的铜含量。17-4PH是沉淀、硬化、马氏体不锈钢连续锻造，若终锻温度在880，锻件具有开裂的风险性。用于中温工作的承件17-4PH是沉淀、硬化、马氏体不锈钢在实际锻造生产过程中，热加工工艺始锻温度控制在1260以下，不会产生锻件过热问题。17-4PH是沉淀、硬化、马氏体不锈钢胚料连续加热时间应保证奥氏体充分均匀化。