变质处理对奥氏体耐热不锈钢组织与性能的影响

作者:范晓明;程小奇;游程超;张运权; 刊名:特种铸造及有色合金 上传者:李忠毅

【摘要】以奥氏体耐热不锈钢为研究对象,研究了0.15%的WS-1无硅变质剂对其组织和性能的影响。结果表明,变质处理对抑制晶粒长大,细化组织和提高材料的力学性能效果良好;变质合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为463.6MPa、276.6 MPa、6.91%,比未变质合金分别提高了44.3%、15.3%、77.2%,满足相关力学性能要求。

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耐热钢作为航空航天、化工等领域中的重要材料,广泛用于高温环境中[1]。涡轮增压器壳体是汽车涡轮增压系统的主要零部件,随着汽车产业的飞速发展,对其使用温度的要求也越来越高。由于奥氏体耐热不锈钢涡壳可以使涡轮增压器的耐热温度达到1 050℃以上[2],因此,奥氏体耐热不锈钢已成为生产涡轮增压器涡壳的主要材料之一。但是,奥氏体耐热不锈钢也存在一些问题:如夹杂的氧化铬降低了钢水的流动性,导致其成形性能不好;钢的收缩大,导热性差,热应力大,铸件易产生裂纹等[3]。此外,奥氏体耐热不锈钢材料中Ni、Cr含量较高,而Ni、Cr价格较高,为了节约成本,合金元素Ni、Cr含量配料时常偏下限,往往导致力学性能不能达标。研究表明,变质处理可有效细化耐热不锈钢中晶粒尺寸提高材料的力学性能,而且变质剂中的稀土元素(如Y等)还可显著改善耐热钢的抗氧化性能和耐蚀性能,因此,在耐热、耐蚀钢中的应用很广泛[2,4~6]。本课题分析了试制过程中奥氏体耐热不锈钢涡壳铸件时常出现的力学性能不达标的问题,采用含Y等稀土元素的WS-1无硅变质剂对其进行变质处理,对比研究了未变质和变质耐热不锈钢的组织与力学性能,以期为奥氏体耐热不锈钢涡壳铸件的稳定生产提供参考。1试验材料与方法1.1试验材料和设备试验原材料为废钢,耐热不锈钢回炉料,Mn-40Fe,Cr-47Fe,纯Ni板(99.86%Ni),Nb-35Fe,Si-30Fe,Fe-40Mo,Ca-Si-Mn脱氧剂,WS-1无硅变质剂。试验设备:250kg中频感应炉,NSP浸入式测温枪,PDA-5500S型岛津光电发射光谱仪,Axio ScopeA1型蔡司金相显微镜,NBH-3油压布氏硬度计,MTSExceed E45万能材料试验机,D/MAX-RB型X射线衍射仪和JXA-8230电子探针等。1.2试验方法涡壳铸件奥氏体耐热不锈钢的化学成分及力学性能指标分别见表1和表2。按奥氏体不锈钢的化学成分确定炉料配比,采用中频感应炉熔炼250kg钢水,待钢水成分合格,终脱氧充分后除渣;当温度为1 650℃时,首先出钢水50kg,不做变质处理,直接浇注壳型基尔试块(1型4件);然后,再出钢水150kg,采用WS-1无硅变质剂包内冲入法进表1奥氏体耐热不锈钢的化学成分%wBC Si Mn P S Cr Ni Mo Nb Fe0.30~0.50 1.0~2.5≤1.5≤0.035≤0.030 24.0~26.0 19.0~21.0≤0.50≤1.60余量表2涡壳铸件力学性能指标抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%硬度(HBW)450 220 2 160~225行变质处理,浇注基尔试块。变质剂的加入量为钢水质量的0.15%。基尔试块尺寸见图1,所有分析测试试样均取自基尔试块底部长条。取立方块(20mm×20mm×20mm)测试布氏硬度,剩余长度车成拉伸试棒,见图2,测试合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率。图1基尔试块尺寸示意图图2拉伸试棒尺寸示意图从拉伸试棒夹持部位截取试样分析金相组织,并进行XRD分析和电子探针分析。2试验结果与分析2.1化学成分未变质和变质合金激冷试样的光谱分析结果见表3。对比表1可知,合金成分符合要求。利用波长色散型X射线荧光光谱仪进行了补充测试并结合光谱分析表3未变质和变质合金激冷试样光谱成分分析结果%合金wBC Si Mn P S Cr Ni Mo Nb Fe未变质0.353 1.733 0.506 0.022 0.017 24.741 19.631 0.167 1.470余量变质后0.339 1.887 0.566 0.024 0

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