1Cr12Ni3Mo2VN鋼屬于12%Cr型馬氏體耐熱特殊鋼材，不同于常規(guī)的馬氏體耐熱特殊鋼材，該材料中由于添加了較多的Ni、Mo、V、N等合金化元素，從而具有更好的塑韌性、高溫抗氧化性和組織穩(wěn)定性等。其中添加較多含量的Ni極大的改善了材料的韌性，Mo的加入既能夠起到固溶強化的作用，又可以增強材料的持久蠕變性能，V則是強碳化物與氮化物形成元素，以細小彌散的碳化物和氮化物顆粒分布在馬氏體基體中，起到沉淀強化的作用。該材料作為新型的馬氏體耐熱不銹鋼，主要用于制造燃氣輪機、蒸汽輪機、壓氣機機匣及航空領域零件。通過控制1Cr12Ni3Mo2VN馬氏體不銹鋼中C、Mn、Ni、N等奧氏體形成元素和Cr、Mo、Si、V等鐵素體形成元素含量，經(jīng)過適當?shù)腻懺旒盁崽幚磉^程控制，研究其金相組織、力學性能、奧氏體晶粒度和超聲波探傷要求。通過控制筒形件的鍛造、熱處理等關鍵工序，積累了豐富的合理的制造工藝，為后續(xù)生產(chǎn)此類材質(zhì)的產(chǎn)品，提供了詳實可靠的依據(jù)和經(jīng)驗。

　　鍛件技術指標

　　化學成分

　　冶煉方式采用電爐+電渣重熔或真空感應+真空電弧爐重熔工藝生產(chǎn)，化學成分應符合表1規(guī)定，殘余元素含量應滿足表2的要求。鉻當量應不大于7.0，鉻當量計算公式為：Creq=1Cr-40C-2Mn-4Ni+6Si+4Mo+11V-30N。

　　表1 1Cr12Ni3Mo2VN鋼化學成分(wt%)

　　表2 1Cr12Ni3Mo2VN鋼殘余元素含量(wt%)

　　力學性能

　　1Cr12Ni3Mo2VN馬氏體耐熱鋼筒形鍛件以淬火+高溫回火狀態(tài)交貨，在經(jīng)熱處理的縱向試樣上檢測力學性能，并符合表3、表4的規(guī)定。取樣位置為本體1/2壁厚處，切取試樣進行熱處理。熱處理制度如下：1025～1050℃，油冷;兩次回火：565±20℃，空冷;重新加熱到第一次回火溫度20℃以下的溫度，風冷或空冷。

　　表3 室溫力學性能

　　表4 高溫持久性能

　　微觀組織

　　馬氏體耐熱鋼筒形鍛件高倍組織應該為回火馬氏體，不規(guī)則分布的自由鐵素體(δ-鐵素體)含量不應超過1.5%，鍛件平均晶粒度應為3級或更細，允許少量大晶粒存在，但其尺寸不應大于0.25mm。

　　超聲波檢驗

　　鍛件經(jīng)加工后逐件進行超聲波檢驗，滿足HB/Z 59-1997中AA級驗收要求。

　　鍛件生產(chǎn)研制工藝

　　冶煉

　　技術條件要求控制δ-鐵素體含量不大于1.5%，就必須在冶煉過程控制化學成分。在1Cr12Ni3Mo2VN馬氏體耐熱鋼中，C、Mn、Ni、N等是奧氏體形成元素，Cr、Mo、Si、V等是鐵素體形成元素?？刂?delta;-鐵素體含量的關鍵在于提高奧氏體形成的合金元素的含量，降低鐵素體形成的合金元素的含量，因此，在實際生產(chǎn)時將C、Ni、N等促進奧氏體形成的合金元素控制在成分范圍上限，將Cr、Mo、V、Si等促進鐵素體形成的合金元素的含量控制在成分范圍的中下限。采用電爐+電渣重熔方式冶煉，并鍛制成棒料。棒料的化學成分見表5所示，殘余元素含量見表6所示，實際材料的鉻當量為2.58，滿足技術要求。

　　表5 1Cr12Ni3Mo2VN鋼棒料化學成分(wt%)

　　表6 1Cr12Ni3Mo2VN鋼棒料殘余元素含量(wt%)

　　鍛造及鍛后熱處理

　　鍛件經(jīng)多次鐓拔預制坯料、沖孔、芯軸拔長、馬架擴孔和輾環(huán)等工序制成高筒件，鍛造溫度控制在850～1180℃，鍛件鐓粗比3.6。為防止馬氏體耐熱鋼在鍛后冷卻過程出現(xiàn)裂紋等缺陷，產(chǎn)品成形后，爐冷至300℃進爐正火+回火處理，圖1為1Cr12Ni3Mo2VN馬氏體耐熱鋼鍛件的正火+回火工藝曲線。圖2為正火回火過程。

　　圖1 鍛件鍛后正火+回火曲線

　　圖2 1Cr12Ni3Mo2VN鍛件鍛后正火回火過程

　　熱處理性能

　　將正火+回火處理后的鍛件進行粗加工、探傷等處理，以確保淬火+回火處理前鍛件不存在裂紋等缺陷，按照圖3所示淬火+兩次回火的熱處理工藝進行性能熱處理。淬火采用PAG淬火液按照液-空交替冷卻的方式淬火，鍛件冷卻至表面300℃后空冷至低于100℃后，按照圖3所示工藝參數(shù)進行回火，圖4為鍛件性能熱處理過程。

　　圖3 鍛件性能熱處理曲線

　　圖4 1Cr12Ni3Mo2VN鍛件性能熱處理過程

　　鍛件合格性檢驗

　　力學性能

　　從經(jīng)過淬火+兩次回火處理的鍛件上切取樣環(huán)，按照180°間隔制取室溫拉伸試樣和高溫持久試樣，并檢測其力學性能，結果如表7所示，根據(jù)力學性能結果可知，按照圖1和圖3所述的熱處理工藝處理后，鍛件力學性能滿足技術要求。鍛件加工至發(fā)貨尺寸后，在兩端面和外徑中間位置每隔90°檢測一點硬度，結果如表8所示，滿足產(chǎn)品要求(硬度要求：311～352HBW)。

　　表7 鍛件力學性能

　　表8 鍛件硬度(HBW)

　　顯微組織

　　圖5為1Cr12Ni3Mo2VN鍛件金相組織，從圖5中不難發(fā)現(xiàn)，當鍛件化學成分滿足表5和表6要求且鉻當量為2.58時，按照圖1和圖3熱處理方式處理后，鍛件金相組織為回火馬氏體組織，且組織中不存在δ-鐵素體，即δ-鐵素體含量小于1.5%。圖6為鍛件的奧氏體晶粒度圖片，其奧氏體晶粒度級別在4.5級左右，盡管存在個別大尺寸晶粒，但大晶粒尺寸均小于0.25mm，滿足技術要求。

　　圖5 鍛件金相組織

　　圖6 鍛件奧氏體晶粒度

　　結論

　　采用電爐+電渣重熔方式冶煉，通過控制C、Mn、Ni、N等奧氏體形成元素和Cr、Mo、Si、V等鐵素體形成元素含量，當鉻當量為2.58時，經(jīng)過適當?shù)腻懺?、擴孔、輾環(huán)和鍛后熱處理，按照1025～1050℃淬火(液—空交替冷卻)+545～585℃一次回火+525～545℃二次回火處理，1Cr12Ni3Mo2VN高筒件的金相組織、力學性能、奧氏體晶粒度和超聲波探傷結果均完全滿足技術要求。
本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2019年第13期。