5Cr15MoV馬氏體不銹鋼冷軋工藝研究?

武志平,高 登

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司,山西 太原 030003)

馬氏體不銹鋼分為低碳馬氏體、中碳馬氏體、高碳馬氏體不銹鋼,通常情況下被用來制造具有良好機(jī)械性能和一定耐腐蝕性能的零部件.中碳馬氏體不銹鋼在奧氏體化固溶熱處理時(shí)都應(yīng)使鋼中的未溶碳化物全部溶入基體中,這種熱處理的目的是溶解碳化物得到奧氏體,并在隨后的冷卻過程中奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織,這一過程經(jīng)常會引起碳化物析出.對于高碳馬氏體不銹鋼,高的碳含量使基體中固溶碳含量增加并使馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)下降,從而導(dǎo)致殘余奧氏體量的增加.殘余奧氏體對于材料的耐磨性、疲勞性能、韌性和耐腐蝕性能都具有重要的影響[1].

5Cr15MoV作為一種中高碳的馬氏體不銹鋼,由于增加了 Mo,V等元素,鋼材具有良好的耐蝕性、淬硬性和韌性,它被廣泛地應(yīng)用于耐蝕刀具、醫(yī)用器械等高端行業(yè)[2].

經(jīng)過均勻化熱處理及酸洗后的 5Cr15MoV帶鋼,由于其含 C量較高 (0.45～ 0.55%),故冷軋過程易發(fā)生脆斷,軋后退火難度較大[3].目前,國內(nèi)僅有部分改軋廠使用小型四輥或兩輥軋機(jī)進(jìn)行窄帶(≤600 mm)鋼軋制,而各大鋼廠暫無在森吉米爾廿輥軋機(jī)成功軋制帶鋼寬度＞1 200 mm的先例.本文主要闡述了經(jīng)過試驗(yàn)后的 5Cr15MoV冷軋及連續(xù)退火工藝趨于穩(wěn)定受控,為批量化大生產(chǎn)提供了一定堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ).

1 軋前材料組織的優(yōu)化

軋制前對熱軋態(tài)材料橫向取樣分析,采用SEM(掃描電鏡)觀察其微觀組織形態(tài).如圖 1所示,帶鋼邊部碳化物析出不均,不利于冷軋時(shí)邊部控制,易發(fā)生脆斷.

對于這種不利于軋制的組織狀況,制取 4塊20 mm×30 mm的試樣,分別在實(shí)驗(yàn)室加熱爐進(jìn)行 800℃,830℃,850℃,880℃保溫退火試驗(yàn),均采用緩冷+空冷模式的均勻化熱處理.結(jié)果顯示 850℃保溫退火組織形態(tài)得到了有效改善.如圖 2所示,經(jīng)過均勻化熱處理后,邊部組織形態(tài)明顯得到了好轉(zhuǎn),碳化物析出分布均勻.

圖1 軋前帶鋼橫向 SEM微觀形態(tài)對比Fig.1 Contrast of strip transverse SEM microstructure before rolling

圖2 均勻化熱處理后 SEM微觀形態(tài)對比Fig.2 Contrast of SEM microstructure after homog enization heat treatment

2 軋制規(guī)程優(yōu)化

本次試制在太鋼冷軋廠 1#森吉米爾廿輥軋機(jī)進(jìn)行.帶鋼原始厚度 4.0 mm,目標(biāo)厚度 2.5 mm,寬度 1 240 mm,卷重 7 800 kg.分別試制了3卷,標(biāo)記為 A,B,C卷.A,B卷邊部發(fā)生裂紋,首道次軋制即發(fā)生斷帶.C卷規(guī)程軋制順利完成,邊部狀況良好,試制斷帶如圖 3所示.鋼卷軋制規(guī)程如表 1所示.試制過程表明:小壓下率、小張力方式對 5Cr15MoV冷軋完成起到了至關(guān)重要的作用.

表1 鋼卷軋制規(guī)程Tab.1 Rolling schedule of coils

圖3 試制斷帶Fig.3 Break in trial

3 連續(xù)退火

連續(xù)退火工藝根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)制定,即制作9塊 20 mm×30 mm的試樣,分別在實(shí)驗(yàn)室按700℃,750℃,800℃三個溫度段進(jìn)行退火試驗(yàn),結(jié)果如表 2所示.

表2 退火試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Annealing test results

表2結(jié)果表明:3#試驗(yàn)晶粒度評級優(yōu)良,利于后部加工.因此,在實(shí)際試制時(shí),退火溫度應(yīng)控制在 700～ 750℃,穩(wěn)定勻速運(yùn)行.成品組織形態(tài)如圖 4所示,碳化物均勻分布,同時(shí)帶鋼表面色澤細(xì)膩、均勻.

圖4 退火后 SEM微觀組織形態(tài)Fig.4 SEM microstructure after annealing

在本次成功試制后,又在隨后的 90 d內(nèi)小批量生產(chǎn)了共計(jì) 15卷,均能有效控制,質(zhì)量良好,性能穩(wěn)定.這些都為批量化大生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ).

4 結(jié) 論

1)5Cr15MoV經(jīng)過均值化熱處理后,使得馬氏體碳化物析出分布均勻,改善了帶鋼微觀組織形態(tài),無邊裂現(xiàn)象;

2)森吉米爾廿輥軋機(jī)軋制需采用小壓下率、小張力方式,軋制速度控制在 100 m/min以下.

3)連續(xù)退火溫度在 700～ 750℃,冷軋板材組織形態(tài)優(yōu)良,利于加工;實(shí)際生產(chǎn)中卷取要用小張力,避免出現(xiàn) 180°以上折彎,以免發(fā)生斷帶的危險(xiǎn).

[1]陸世英.不銹鋼 [M].北京:原子能出版社,1995:507－508.

[2]陸世英.不銹鋼 [M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2007:43－50.

[3]肖紀(jì)美.不銹鋼的金屬學(xué)問題[M].北京:冶金工業(yè)出版社 ,1983:140－168.