X2CrNiMoN22-5-3材料固溶工藝的應(yīng)用研究

張海 肖杰 李波

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽 618000)

某產(chǎn)品項(xiàng)目中的螺栓、螺母材料選用X2CrNiMoN22-5-3，此材料Cr含量在21.0%～23.0%，Ni含量在4.50%～6.50%，屬于奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，具有良好的韌性和強(qiáng)度。本文主要研究X2CrNiMoN22-5-3的固溶工藝及相關(guān)力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)依據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)EN 10088-3:2005對(duì)X2CrNiMoN22-5-3奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的化學(xué)成分要求見表1，其性能要求見表2。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction, %)

表2 力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirements

2 X2CrNiMoN22-5-3固溶試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)采用了?45 mm×245 mm和17 mm×17 mm×245 mm兩種規(guī)格的試樣進(jìn)行了兩組固溶試驗(yàn)，分別對(duì)其化學(xué)成分和固溶參數(shù)進(jìn)行了研究，獲得了相應(yīng)的力學(xué)性能、金相組織及晶粒度檢測(cè)結(jié)果。

2.1 化學(xué)成分

取X2CrNiMoN22-5-3材料試樣?45 mm×100 mm，對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行分析，其檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chemical composition test results(mass fraction, %)

2.2 第一組試驗(yàn)

選取?45 mm×245 mm的試樣8件。采用箱式電阻爐進(jìn)行固溶試驗(yàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中建議的固溶溫度1020～1100℃，分四個(gè)溫度進(jìn)行固溶處理。具體固溶參數(shù)見表4，固溶后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表5，金相組織及晶粒度檢測(cè)結(jié)果見表6，金相照片見圖1。

表4 固溶參數(shù)Table 4 The parameters of solution treatment

表5 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果Table 5 Test results of mechanical properties

從試驗(yàn)結(jié)果來看，?45 mm規(guī)格試樣在1020～1100℃溫度區(qū)間進(jìn)行固溶后的力學(xué)性能都能滿足EN 10088-3:2005標(biāo)準(zhǔn)，其金相組織均為奧氏體+鐵素體，奧氏體相的存在降低了高鉻鐵素體不銹鋼的脆性，防止了晶粒長(zhǎng)大的傾向，其晶粒比較細(xì)，晶粒度均為6.0～7.0級(jí)；鐵素體相的存在提高了奧氏體不銹鋼的室溫強(qiáng)度，尤其是屈服強(qiáng)度。并且該材料對(duì)溫度敏感性不大，各區(qū)間溫度固溶后的各項(xiàng)力學(xué)性能、晶粒度差異不大。

(a)X2-3

2.3 第二組試驗(yàn)

采用鍛壓方式，制作17 mm×17 mm×245 mm規(guī)格試樣8件。采用箱式電阻爐進(jìn)行固溶試驗(yàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中建議的固溶溫度1020～1100℃，分四個(gè)溫度進(jìn)行固溶處理。其固溶參數(shù)見表7，固溶后力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表8，金相組織及晶粒度檢測(cè)結(jié)果見表9，金相照片見圖2。

表6 金相組織及晶粒度檢測(cè)結(jié)果Table 6 Test results of metallographic structureand grain size

表7 固溶參數(shù)Table 7 The parameters of solution treatment

表8 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果Table 8 Test results of mechanical properties

(a)X22-4

表9 金相組織及晶粒度檢測(cè)結(jié)果Table 9 Test results of metallographic structureand grain size

從試驗(yàn)結(jié)果來看，17 mm×17 mm×245 mm小規(guī)格試樣在1020～1100℃溫度區(qū)間固溶后的力學(xué)性能都能滿足EN 10088-3:2005標(biāo)準(zhǔn)，其金相組織也為奧氏體+鐵素體，其晶粒非常細(xì)小，晶粒度為8.0～9.0級(jí)，并且隨著溫度升高，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度有所提高。

3 結(jié)論

(1)對(duì)于材料為X2CrNiMoN22-5-3的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，為了獲得良好的力學(xué)性能、金相組織及晶粒度，可在1020～1100℃溫度區(qū)間進(jìn)行固溶處理，其冷卻介質(zhì)為水。

(2)對(duì)比兩組試驗(yàn)結(jié)果，隨著溫度升高，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度有所提高，在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中，可優(yōu)先選擇1050～1100℃進(jìn)行固溶處理。