一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体是指一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法。

背景技术

2Cr13为马氏体不锈钢，其主要合金元素是铬、铁和碳。它具有较强的淬透性、较高的硬度和韧性，并且其耐腐性、热强性和冷变形性、减震性较好。20Cr13主要用于制作两类零部件：其一是用于制作抗弱腐蚀介质，并能承受载荷的零部件，如汽轮机叶片、水压机阀、螺栓、螺母等；其二是用于制作高韧性、不锈性并能承受冲击载荷的零部件，如刃具、叶片、紧固件、水压机阀、热裂解抗硫腐蚀设备等。

该种钢通常存在10％—20％左右的铁素体组织。由于钢中δ-铁素体的存在会影响到钢的热塑性、降低钢的强度并恶化钢的横向韧性和耐蚀性，因此，对于某些特殊要求的产品，如对钢的韧性要求高、承受冲击载荷的能力强的产品，需要尽可能的减少钢中δ-铁素体含量。

现行国家标准(GB/T8732-2004)中2Cr13的δ-铁素体的要求为不超过10％，最好控制在5％以下。

熔模铸造中，控制铁素体含量对铸造不锈钢耐腐蚀性能的影响，在很大程度上受制于其合金成分、热处理状态和工作状态等多种因素。

目前行业中普遍采用的控制铁素体含量有两种办法：一是控制钢的化学元素含量，如降低Cr含量，提高Ni含量；二是控制加热温度，当加热温度控制在1140-1160℃时，能有效地控制铁素体含量。这两种方法可以有效减少铁素含量,但是在制造具有高韧性的产品时，现存的方法均达不到产品所要求的精度。同时，控制化学含量的方法操作上比较繁琐，并未形成科学的成分含量标准。

所以，一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法成为人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于熔模铸造的马氏体不锈钢2Cr13的铁素控制方法，能够有效降低铁素含量至1％左右。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法，包括以下步骤：

步骤1：蜡件制作

蜡件制作采用3D打印技术进行制作快速成型件；

步骤2：蜡件组合

蜡件组合采用侧注浇注系统的方式进行组合；

步骤3：模壳制作

控制要点：温湿度、涂料粘度、风干质量、模壳加固质量；所述模壳的高温强度、湿强度、透气性与型腔表面质量均由此工序决定；

步骤4：熔炼与浇注

通过对2Cr13叶片常用元素对组织的影响分析，要满足δ-铁素体含量不超过5％，则按要求对化学成分含量进行控制，化学成分对2Cr13叶片的最终组织起至关重要的作用，按铸件材质要求进行配料，并对配料结果予以复核，化学成分的质量分数(wt％)如下：

C：0.2～0.24，Si：≤0.3，Mn：0.4-0.6，P：≤0.03，S：≤0.02，Ni：0.5-0.6，Cr：12～12.5，Cu：≤0.3；

步骤5：清壳和切割

1)初期使用等离子切割进行切割浇注系统，保留水口残根5mm以下；

2)注意工作场地的干净，防止磕碰伤铸件；

步骤6：成分化验

取样时，从铸造表面以下不小于6.4mm位置截取，按GB/T223.3～78规定的方法或能保证分析质量的其他方法进行化学成份分析，铸件化学成分应满足步骤4中化学成分的质量分数要求；

步骤7：初修

1)铸件表面吹砂后，对铸件进行初检；

2)使用氩弧焊机和相关产品铸件材质焊丝对铸件缺肉类缺陷实施焊补，焊缝必须打磨光滑，允许高出0.5mm，并记录焊补位置尺寸形状性质；

3)使用打磨工具去除外观多肉缺陷、水口余根；

步骤8：磁粉、X光检查

1)100％进行磁粉探伤检验，结果符合GB/T9444 01级要求；磁粉探伤后进行退磁处理，剩磁要求≤3Gs，超出规定的磁粉堆积，在图纸规定的公差范围内允许局部磨去，抛光后再重新检查；

2)100％进行射线检验，结果符合GB/T 5677和ASTM E446要求，其中，A类、B类、C类、D类不连续符合1级要求；

步骤9：退火与初校正

1)清理铸件表面的油渍、蜡渍、水渍、金属屑等杂物；

2)按熔模铸件要求实施装炉和退火(含同炉试棒)；

3)根据铸件要求使用合适的检测工具进行检测，并使用校正工装对铸件实施校正；

4)对铸件划线检查；

5)在初校正时借助校正工装把铸件校正到符合技术要求，并划线做好检测基准；

6)按照图纸或验收技术条件中标准要求进行荧光检测；

步骤10：热处理

1)清理铸件表面的油渍、水渍等杂物。

2)按熔模铸件要求实施装炉和热处理(含同炉试棒)；

3)使用检测工具与校正工装对铸件实施校正；

4)拉伸测试按GB/T228、冲击测试按GB/T229、硬度测试按GB/T 231.1规定进行，力学性能要求如下：

RP0.2：≥440MPa，Rm：≥590MPa，δ：≥15％，ψ：≥40％，AKV：≥39J，HB：195～235；

步骤11：内部组织检测

内部组织检测要求：力学性能合格后进行叶片本体过渡弧处的金相，组织为回火马氏体，δ-铁素体含量不超过5％；

步骤12：精修

铸件已完成初校正和热处理；去除异常波动、变形。

作为改进，所述步骤1的生产过程中通过检测工装及浸蜡手段，保证蜡件的一致性、尺寸精度以及表面粗糙度。

作为改进，所述步骤2为形成产品内部质量的主要手段，所述产品内部质量包括平稳充型、补缩、挡渣。

作为改进，所述步骤7中的初检包括外观质量、重量、尺寸、平面度检查以及铸件壁厚检查。

作为改进，所述步骤7中的打磨工具包括锉刀、平磨切割机、平磨机以及角磨头。

作为改进，所述步骤9中的检测工具包括平台、直尺、高度尺、游标卡尺以及测厚仪。

作为改进，所述步骤9中的荧光检测保证铸件不允许有冷隔、裂纹和穿透性的缺陷存在。

作为改进，所述步骤10中的热处理包括固溶处理与时效处理，所述固溶处理：≤500℃装炉，加热到1040-1060℃，保温1-1.2h分钟油冷；所述时效处理：≤400℃装炉，加热温度段到：温度650-670℃；保温1-1.2小时，空冷。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明能够有效的将铁素含量降到1％左右；内部组织结果符合要，铸件化学成分经检测符合要求，本体力学性能经检测符合要求，铸件表面质量磁粉探伤检验，经检测结果符合GB/T9444 01级要求；铸件内部质量射线检验，经检测结果符合GB/T 5677和ASTM E446要求，其中，A类、B类、C类、D类不连续符合1级要求。

附图说明

图1是本发明一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法的本体试样心部显微组织，500x图。

图2是本发明一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法的金相切取位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法做进一步的详细说明。

结合附图1-2，本发明的工作原理：

本发明主要是通过控制以上熔模铸造的标准流程中步骤4熔炼与浇注过程、步骤10热处理过程，铁素体含量控制的前提条件保证化学成分和力学性能控制要求，其各类要求相辅相成、相互关联。

各组织形成机理如下：

马氏体是由奥氏体极速冷却淬火形成。奥氏体与马氏体的不同在于，马氏体是碳在α-Fe中过饱和固溶体，体心立方结构；奥氏体是面心立方结构。

马氏体是是钢在热处理过程中的一种组织形态，不是一种平衡组织；平衡组织的形成需要很慢的冷却速度和足够时间的扩散，而马氏体是在非常快速冷却下形成。

铁素体是碳溶解在α-Fe中间隙固溶体，体心立方结构。

1、通过对2Cr13叶片常用元素对组织的影响分析，要满足δ-铁素体含量不超过5％，则按要求对化学成分含量进行控制，同时，按照化学成分之间相互关系以及组织形成机理进一步控制化学成分，C、N、Ni、Mn元素对铁素体的形成有抑制作用，Cr、Mo则促进铁素体的形成。化学成分对2Cr13叶片的最终组织起至关重要的作用。按铸件材质要求进行配料，并对配料结果予以复核，经检测符合化学成分要求见表1。

表1化学成分的质量分数(wt％)

2、依据组织结构形成机理以及铁素体含量在固溶热处理温度中变化，同时保证铸件力学性能要求(见表2)的前提下，固溶热处理过程温度参数设定为1040-1060℃，并进行油冷。经检测力学性能符合表2要求，内部组织经检测无铁素体含量，检测结果见图1，符合要求。

表2力学性能要求

本发明一种马氏体不锈钢2Cr13叶片的铁素控制方法的具体实施过程如下：

步骤1：蜡件制作

蜡件制作采用3D打印技术进行制作快速成型件，生产过程中通过检测工装及浸蜡手段，保证蜡件的一致性、尺寸精度以及表面粗糙度。

步骤2：蜡件组合

蜡件组合采用侧注浇注系统的方式进行组合。“蜡模组合”是精密铸造过程的关键过程之一，形成产品内部质量(包括平稳充型、补缩、挡渣等)的主要手段在此工序实施。

步骤3：模壳制作

控制要点：温湿度、涂料粘度、风干质量、模壳加固质量；所述模壳的高温强度、湿强度、透气性与型腔表面质量均由此工序决定。

步骤4：熔炼与浇注

通过对2Cr13叶片常用元素对组织的影响分析，要满足δ-铁素体含量不超过5％，则按要求对化学成分含量进行控制，化学成分对2Cr13叶片的最终组织起至关重要的作用，按铸件材质要求进行配料，并对配料结果予以复核，化学成分的质量分数(wt％)如下：

C：0.2～0.24，Si：≤0.3，Mn：0.4-0.6，P：≤0.03，S：≤0.02，Ni：0.5-0.6，Cr：12～12.5，Cu：≤0.3。

步骤5：清壳和切割

1)初期使用等离子切割进行切割浇注系统，保留水口残根5mm以下；

2)注意工作场地的干净，防止磕碰伤铸件。

步骤6：成分化验

取样时，从铸造表面以下不小于6.4mm位置截取，按GB/T223.3～78规定的方法或能保证分析质量的其他方法进行化学成份分析，铸件化学成分应满足步骤4中化学成分的质量分数要求。

步骤7：初修

1)铸件表面吹砂后，对铸件进行初检；检验项目：外观质量、重量、尺寸和平面度检查、铸件壁厚检查；

2)使用氩弧焊机和相关产品铸件材质焊丝对铸件缺肉类缺陷实施焊补，焊缝必须打磨光滑，允许高出0.5mm，并记录焊补位置尺寸形状性质；

3)使用锉刀、平磨切割机、平磨机、角磨头等，去除外观多肉缺陷、水口余根；

步骤8：磁粉、X光检查

1)100％进行磁粉探伤检验，结果符合GB/T9444 01级要求；磁粉探伤后进行退磁处理，剩磁要求≤3Gs，超出规定的磁粉堆积，在图纸规定的公差范围内允许局部磨去，抛光后再重新检查；

2)100％进行射线检验，结果符合GB/T 5677和ASTM E446要求，其中，A类、B类、C类、D类不连续符合1级要求；

步骤9：退火与初校正

1)清理铸件表面的油渍、蜡渍、水渍、金属屑等杂物；

2)按熔模铸件要求实施装炉和退火(含同炉试棒)；

3)使用平台、直尺、高度尺、游标卡尺、测厚仪等进行检测，及校正工装等对铸件实施校正，以上工具根据铸件要求，进行选用；

4)对铸件划线检查；

5)在初校正时借助校正工装把铸件校正到符合技术要求，并划线做好检测基准；

6)按照图纸或验收技术条件中标准要求进行荧光检测；荧光检查：铸件不允许有冷隔、裂纹和穿透性的缺陷存在。

步骤10：热处理

1)清理铸件表面的油渍、水渍等杂物。

2)按熔模铸件要求实施装炉和热处理(含同炉试棒)；固溶处理：≤500℃装炉，加热到1040-1060℃，保温1-1.2h分钟油冷；时效处理：≤400℃装炉，加热温度段到：温度650-670℃；保温1-1.2小时，空冷；

3)使用平台、校正胎具(工装)、直尺、游标卡尺、高度尺等对铸件实施校正；

4)拉伸测试按GB/T228、冲击测试按GB/T229、硬度测试按GB/T 231.1规定进行，力学性能要求如下：

RP0.2：≥440MPa，Rm：≥590MPa，δ：≥15％，ψ：≥40％，AKV：≥39J，HB：195～235；

步骤11：内部组织检测

内部组织检测要求：力学性能合格后进行叶片本体过渡弧处的金相，组织为回火马氏体，δ-铁素体含量不超过5％；

步骤12：精修

铸件已完成初校正和热处理；去除异常波动、变形。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。