陳 平1，劉永良2，張順英3

（1.沈陽東方鈦業(yè)股份有限公司，遼寧 沈陽 110167；2.泰安市山口鍛壓有限公司，山東 泰安 271038；3.吉林夢溪工程管理有限公司，吉林 吉林 132021）

熱處理工藝對SA182-F316LN鋼組織及力學性能的影響

陳 平1，劉永良2，張順英3

（1.沈陽東方鈦業(yè)股份有限公司，遼寧 沈陽 110167；2.泰安市山口鍛壓有限公司，山東 泰安 271038；3.吉林夢溪工程管理有限公司，吉林 吉林 132021）

通過各項試驗及數(shù)據(jù)，研究了熱處理工藝對SA182-F316LN鋼組織及力學性能的影響。在此基礎上得到了該鋼生產(chǎn)制造的固溶熱處理工藝參數(shù)及鍛造熱處理參數(shù)。通過實踐證明，該工藝合理可行，并且固溶后，該鋼綜合性能要高于鍛造狀態(tài)的性能參數(shù)，為以后同類實驗提供了借鑒。

SA182-F316LN鋼；奧氏體不銹鋼；敏化；組織；晶間腐蝕

SA182-F316LN鋼是一種控氮奧氏體不銹鋼，它具有良好的耐腐蝕、耐氧化性能。耐蝕性能的根本原因是在鐵碳合金中加入Cr、Ni、Mo、N合金元素。SA182-F316LN鋼大約含 W（Cr）=17%，W（Ni）=12%，W（Mo）=2%，W（N）=0.15%。固溶處理（1 050℃）后，在室溫下得到單一奧氏體組織。此鋼具有良好的高低溫塑性、韌性和耐腐蝕性能，所以使用極為廣泛。它的缺點是晶界腐蝕和應力腐蝕的傾向大，切削加工性能差。

1 實驗方法

實驗所采用的SA182-F316LN鋼，鋼錠鍛造成鍛管件（Φ1 030/Φ680×1 000 mm）的化學成分質(zhì)量分數(shù)（%）為0.018C，0.266Si，1.65Mn，0.021P，0.002S，17.30Cr，12.31Ni，0.037Cu，2.35Mo，0.145N，0.003As，0.005Sn，0.026Co，0.004Pb，0.001Sb。鋼錠充分切除頭尾兩端缺陷料，以確保鍛件無縮孔及偏析等缺陷，鍛造比大于3。經(jīng)過鍛造的始鍛溫度為1 180℃，終鍛溫度為850℃，鍛后空冷。取樣位置如圖1所示。

圖1 實驗取樣位置示意圖（其中，T端為冒口端，B端為水口端）

表1 實驗取樣數(shù)據(jù)

1.1 試樣鍛造狀態(tài)

1.1.1 力學性能及金相晶粒度、非金屬夾雜物實驗、微觀金相組織

做出數(shù)據(jù)拉伸試驗指標，硬度指標及非金屬夾雜物（軸向及周向），如表2所示。晶粒度（軸向及周向）指標如表3所示。

表2中，軸向抗拉強度及規(guī)定塑性延伸強度RP0.2要高于周向，而延伸率要低于周向。原因是SA182-F316LN鋼鍛管件在鍛造時，金屬沿主加工變形方向流動，晶粒被拉長并排成行，且夾雜也沿主加工變形方向排列，由此造成材料性能的各項異性。軸向試樣（試樣縱向軸線與主鍛造方向平行）和周向試樣（試樣縱向軸向與主加工方向垂直）有較大的差異，因此，軸向試樣的抗拉強度、下屈服強度都高于周向試樣，延伸率低于周向試樣。

試樣周向晶粒度高于縱向晶粒度，原因是周向晶粒為等軸晶，而軸向晶粒為非等軸晶，在鍛造過程中晶粒拉長了，因此周向晶粒度要好于軸向晶粒度。如圖2～7所示。

該鋼經(jīng)NaOH溶液電解浸蝕后的微觀金相組織：電解浸蝕液配比為NaOH 15 g，水為100m l。用電壓為6 V，15 s。金相組織如圖8、圖9所示。

圖中灰色條狀為σ相，電解浸蝕時，奧氏體和碳化物未受浸蝕，顯微組織為奧氏體和鐵素體。在鍛后空冷經(jīng)過600～900℃的溫度區(qū)域鐵素體分解析出σ相，同時奧氏體也析出鉻的碳化物。由于高鉻的碳化物和富鉻的σ相的析出，使晶界貧鉻而容易引起晶間腐蝕，所以鍛造狀態(tài)不能使用。

拉伸試驗根據(jù)——ASTM A370鋼制品力學性能試驗的標準試驗方法和定義及ASTM E8金屬材料常溫拉伸試驗檢測方法標準。

表2 硬度指標及非金屬夾雜物

表3 晶粒度指標

洛氏硬度試驗根據(jù)——ASTM E18金屬材料的洛氏硬度和洛氏表面硬度試驗方法。

非金屬夾雜物評定方法根據(jù)——ASTM E45鋼中夾雜物含量的評定方法。

圖2

圖3

圖6

圖7

晶粒度評定方法根據(jù)——ASTM E112金屬平均晶粒度測定方法。

1.1.2 晶間腐蝕試驗ASTM A262A法 奧氏體不銹鋼浸蝕結構分級的乙二酸浸蝕試驗

本試驗方法可用于篩選ASTM A262E 法銅-硫酸銅-16%硫酸試驗，即ASTM A262A法為合格的金相組織可以不做ASTM A262E試驗。

圖8 100×

圖9 500×

1.1.2.1 試樣在做乙二酸浸蝕試驗前進行激活處理（敏化處理）

本試驗采用激活處理（敏化處理），是在675℃下保溫1 h，空氣冷卻。敏化處理目的是在500～850℃加熱，鉻將從過飽和的固溶體中以碳化物形式析出，在碳化物的周圍地區(qū)形成貧鉻區(qū)，從而造成奧氏體不銹鋼的晶界腐蝕敏感性，從而評價奧氏體不銹鋼的晶界腐蝕傾向。

1.1.2.2 本試驗采用儀器及溶液

（1）EV3030 電解拋光腐蝕機。調(diào)電壓為7V，電流為4.5A。陽極接試樣，陰極接1 L不銹鋼燒杯，浸蝕時間為90 s，試樣浸蝕后用蒸餾水沖洗。

（2）奧林巴斯顯微鏡（GX51倒置式）。（3）電解液為10%（重量）乙二酸溶液。

1.1.2.3 試樣尺寸為25mm×25mm

圖10

圖11 腐蝕受檢面的顯微鏡觀察示意圖

本實驗的要求，使實驗的受檢面盡可能代表運行中使用的材料表面。實驗受檢表面為縱向面，如圖10所示。

腐蝕受檢面的顯微鏡觀察，放大500倍，結果出現(xiàn)臺階狀結構，晶粒間臺階，晶粒邊界處無溝槽，如圖11所示。

1.1.3 晶間腐蝕試驗ASTM A262E法檢測奧氏不銹鋼晶間腐蝕敏感度的銅-硫酸銅-16%硫酸試驗

試樣制備：試樣的熱處理狀態(tài)為鍛造狀態(tài)。首先，試樣尺寸為75mm×10mm×5mm，試樣保證主軋制方向平行于試樣的長度方向，從而保證彎曲軸垂直于主軋制方向。經(jīng)過敏化處理，如前ASTM A262A法，675℃保溫1 h，空冷。

實驗所需要的儀器為1 L錐形瓶，瓶口與600mm長冷凝器相連接，錐形瓶底放置銅屑，錐形瓶在電加熱板上加熱16 h，保持微沸狀態(tài)。錐形瓶內(nèi)溶液配比：在700m l蒸餾水中溶解100 g硫酸銅，填加100mL硫酸（優(yōu)級純，比重為1.84），并用蒸餾水稀釋到1 000mL。

經(jīng)過腐蝕后的試樣用蒸餾水清洗后，放在萬能試驗機的彎曲裝置上，跨距為25mm，彎曲壓頭為10mm，以2mm/min的速度做彎曲實驗，彎曲角度為180°。用10倍放大鏡觀察結果，彎曲變形處無龜裂或裂紋，如圖12所示，表明該鋼無晶間腐蝕傾向。

1.2 試樣固溶狀態(tài)

試樣升溫1 050℃，保溫25min，水冷。

1.2.1 做出數(shù)據(jù)拉伸試驗指標，硬度指標及非金屬夾雜物（軸向及周向），如表4所示，晶粒度（切向、縱向）如表5所示。

表4說明該鋼經(jīng)固溶處理后，抗拉強度及硬度變低，塑性變好。因此，固溶熱處理和一般結構鋼通過淬火回火強化相比有本質(zhì)區(qū)別。

通過試樣固溶后與固溶前（即鍛造狀態(tài)）對比，發(fā)現(xiàn)固溶后晶粒度變小。原因是奧氏體不銹鋼SA182-F316LN固溶處理時，不發(fā)生相變，所以奧氏體不銹鋼不但不能通過熱處理來細化晶粒，反而在固溶處理時，隨著合金元素和碳的固溶、均勻化，奧氏體的晶粒也進一步長大，如本例的奧氏體的平均晶粒度從鍛造態(tài)的6級，固溶處理后已長大到5級。

1.2.2 晶間腐蝕試驗 ASTM A262A法奧氏體不銹鋼浸蝕結構分級的乙二酸浸蝕試驗

此方法如前所述，得到金相組織圖，如圖19所示。

結果出現(xiàn)臺階狀結構，晶粒間臺階，晶粒邊界處無溝槽。

1.2.3 晶間腐蝕試驗 ASTM A262E法 檢測奧氏不銹鋼晶間腐蝕敏感度的銅-硫酸銅-16%硫酸試驗

結果，試樣用10倍放大鏡觀察，彎曲變形處無龜裂或裂紋，如圖20所示，表明該鋼無晶間腐蝕傾向。

2 結束語

經(jīng)過以上實驗，得出該鋼生產(chǎn)制造的固溶熱處理工藝參數(shù)及鍛造熱處理參數(shù)。該鋼固溶熱處理參數(shù)為1 050℃，保溫25 min。鍛造熱處理參數(shù)為：始鍛溫度為1180℃，終鍛溫度為850℃，鍛后空冷。實踐證明，該工藝合理可行，并且固溶后該鋼的晶粒度雖然低于鍛造的晶粒度，但綜合性能要高于鍛造狀態(tài)性能參數(shù)。

TheImpact of theHeat Treatment Processon the SA182- F316LN Steel Microstructureand Mechanical Properties

Chen Ping,Liu Yongliang,Zhang Shunying

To study the influence of the heat treatment process on the the SA182- F316LN steel microstructure and mechanical properties.Solution heat treating the steel manufacturing process parameters and forging heat treatment parameters are obtained based on this.Practice has proved that the process is reasonably practicable, and solid solution, the overall performance of the steel is higher than the performance parameters of the forging state.

SA182-F316LN steel;austenitic stainless steel;sensitized;organizations;Intergranular corrosion

TF124.8+3

A

1000-8136（2013）02-0028-03

圖12 彎曲試驗放大示意圖

表4 硬度指標及非金屬夾雜物

表5 晶粒度

圖13

圖14

圖15

圖16

圖17

圖18

圖19 500×

圖20 彎曲試驗放大示意圖

陳平，男，1977年出生，遼寧撫順人，大本學歷，從事產(chǎn)品檢驗14年。劉永良，男，1971年出生，遼寧撫順人，大專學歷，從事理化檢驗18年。

（編輯：胡靜）