摘 要:0Cr17Ni4Cu4Nb钢电渣锭开坯后,在钢坯角部有裂纹产生。采用宏观观察、化学成分 分析、金相检验等方法对该钢坯裂纹产生的原因进行分析。结果表明:开裂钢坯中的碳、氮、镍等元 素含量较低,导致材料的铁素体含量较高,铁素体条带宽度较大;铁素体富集区的塑性较差,最终导 致钢坯发生开裂。提高钢坯中的碳、氮、镍等元素的含量,可以改善钢坯的表面质量,避免产生 裂纹。 

关键词:0Cr17Ni4Cu4Nb钢;电渣坯;裂纹;铁素体;塑性 

中图分类号:TB31;TG115.2                         文献标志码:B                                    文章编号:1001-4012(2023)07-0068-03 

0Cr17Ni4Cu4Nb钢是在Cr17型不锈钢基础上 发展起来的低碳马氏体沉淀硬化型不锈钢。经固溶 处理(1025~1055℃加热保温+空冷或油冷至室 温)后,该钢的组织转变为马氏体,基体中析出了弥 散的富铜相,并产生了沉淀硬化作用,从而使该钢被 强化;经时效处理(480~650℃保温+空冷)后,该 钢的抗拉强度为930MPa~1300MPa。该钢具有 良好的耐腐蚀性能和耐高温性能,其焊接性能优于 马氏体型不锈钢,接近于某些奥氏体不锈钢,被广泛 应用于汽轮机叶片、核反应堆部件、紧固件和医疗器 械等领域,是用量最多的沉淀硬化型不锈钢[1]。该 钢具有裂纹敏感性高、塑性温度范围窄、导热性差、 抗变形能力强、易宽展等特点[2],在生产过程中,其 质量控制存在一定难度。 

某钢坯的生产流程为:电炉→钢包精炼→真空 精炼炉 → 模 铸 电 极 → 电 渣 重 熔 → 均 热 炉 加 热 (1140℃)→轧机开坯→空冷→表面检查。在生产 过程中,发现部分钢坯产生了轧后裂纹(见图1)。 笔者采用一系列理化检验方法分析了钢坯产生裂纹 的原因,并提出了改进措施,以避免该类问题再次 发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察 

在开裂钢坯的裂纹处及同批次无裂纹钢坯上分 别取样,编号为试样1和试样2,取样位置如图2 所示。

在试样1横截面上取样,对试样进行磨制、抛 光、腐蚀处理,然后观察试样的宏观形貌,结果如图 3所示。由图3可知:坯料角部裂纹较为严重,角部 发生金属缺失,裂纹内无金属光泽,裂纹与表面的距 离大于30mm。 

1.2 化学成分分析

分别在试样1和试样2的角部取样,对试样进行 化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知:试样1 和试样2的化学成分均满足 GB/T8732—2014《汽 轮机叶片用钢》的要求,但试样1中碳、镍、氮等元素 的含量明显低于试样2中碳、镍、氮等元素的含量。

1.3 金相检验 

在试样1的角部取样,对试样进行金相检验,结 果如图4所示。由图4可知:试样1裂纹内部存在 明显高温氧化现象[3-4],坯料未进行退火处理,说明氧化产生于轧制过程之前;腐蚀后可见裂纹沿铁素 体条带开裂,材料整体塑性较弱,组织晶粒无异常长 大,无过热或过烧现象。

试样1和试样2中铁素体的微观形貌如图5所 示。由图5可知:试样1的铁素体含量高于试样2 的铁素体含量,试样1的铁素体条带宽度大于试样 2的铁素体条带宽度。

2 综合分析 

0Cr17Ni4Cu4Nb钢中主要含有碳、铬、镍、铜等 元 素,以 及 微 量 的 铌、钼、铝、钛 等 元 素。 0Cr17Ni4Cu4Nb钢中的碳元素可以促进奥氏体的 形成[5],并形成碳化物,具有沉淀强化作用;镍元素 不是碳化物的形成元素,不能形成沉淀相,但能形成 并稳定奥氏体,从而保证不锈钢具有良好的塑性。 钢中碳、锰、镍、氮等元素含量越高,铁素体含量越 低;铬、硅、钼、钒、钨等元素可以促进铁素体的形成, 其中最主要的是铬元素,随着铬元素含量的增加,δ 铁素体的含量逐渐增加,会使材料的横向韧性降低, 进 而 恶 化 其 热 加 工 性 能。 郎 荣 兴 等[6] 对 0Cr17Ni4Cu4Nb钢中的锻造裂纹进行分析,发现裂 纹的产生与加工前材料的表面粗糙度和加工过程中 材料的变形量有关,钢中的δ铁素体含量是影响该 钢热加工性能的主要原因,δ铁素体富集区的塑性 较差,易产生裂纹。 

由上述理化检验结果可知:该开裂钢坯的组织 中未见明显晶粒粗大、过热、过烧等现象,可以排除 加热温度过高的因素;开裂钢坯和无裂纹钢坯的化 学成分存在明显差异,开裂钢坯的铁素体含量高于 无裂纹钢坯的铁素体含量;开裂钢坯的铁素体条带宽度大于无裂纹钢坯的铁素体条带宽度。说明该钢 坯裂纹的产生与钢锭成分控制不当有关。

3 结论与建议 

(1)该钢坯的化学成分控制不当,导致钢坯角 部的铁素体含量过多,从而使铁素体富集区的塑性 变差,最终导致钢坯产生裂纹。 

(2)建议调整钢坯中碳、氮、镍等元素的含量, 碳元素的质量分数增加0.05%,Ni元素的质量分数 增加0.20%,N 元素的质量分数增加0.01%,进而 改善钢坯的表面质量,避免表面产生裂纹。 

参考文献: 

[1] 翟爱群,杨钢,蔡梅,等.0Crl7Ni4Cu4Nb沉淀硬化不 锈钢锻造裂纹分析[J].特钢技术,2012,18(2):5-9. 

[2] 李晓芳,关再兴.05Cr17Ni4Cu4Nb锻造产品的试制 [J].金属加工(热加工),2016(7):66-67. 

[3] 余伟,王俊,刘涛.热轧钢材氧化及表面质量控制技术 的发展及应用[J].轧钢,2017,34(3):1-6. 

[4] 孙彬,曹光明,刘振宇,等.不同热连轧工艺参数条件下 三次氧化铁皮的分析[J].物理测试,2010,28(6):1-5. 

[5] 李兴东,周新灵,张小伍,等.最终时效工艺对17-4PH 不锈钢组织和性能的影响[J].理化检验(物理分册), 2013,49(6):367-370. 

[6] 郎荣兴,李贵全,殷春云.0Cr17Ni4Cu4Nb钢锻造裂 纹分析与控制[J].锻压技术,2016,41(9):18-22.

<文章来源 >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 7期 (pp:68-70)>