郭曉東，周景林

(東北特殊鋼集團(tuán)公司，大連116031)

3J1作為一種耐蝕高彈性精密合金，通過特種冶煉、鍛造、軋制等工藝方法被制成板、帶、絲、棒。其具有五大特點(diǎn):(1)高彈性極限，低非彈性行為。(2)良好的抗松弛穩(wěn)定性能。(3)在各種腐蝕介質(zhì)中和海洋性及熱帶氣候條件下具有優(yōu)良的耐蝕性。(4)無磁。(5)最高使用溫度250℃。主要用于制作自動(dòng)化儀表中的波紋管，螺旋彈簧，壓力傳感器傳送桿等。3J1成分按GB/T15018－94控制，如表1所示:

表1 3J1標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分 /%

本文通過真空冶煉、電渣重熔、鍛造、軋制、熱處理等一系列工藝流程，從而得出不同的性能指標(biāo)，滿足不同客戶的需求。

1 3J1的制造方法

1.1 冶煉

因?yàn)檎婵崭袘?yīng)爐冶煉可以降低氣體(氮、氫、氧)的體積分?jǐn)?shù)、促進(jìn)合金中雜質(zhì)元素(如pb、Sb、Bi、Sn、As等)的揮發(fā)［1］和減少合金中的夾雜物(TiC、TiN、Cr2O3、錳硅酸鹽等)，以提高合金的純潔度、加工性能、塑性、抗松弛穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。

電渣重熔可以再次提高合金的純潔度，減少合金的夾雜物。同時(shí)電渣錠結(jié)晶時(shí)，由于渣皮的作用，使橫向冷卻相對減弱，因而電渣錠的軸向結(jié)晶條件更好，致使合金錠的偏析輕微、組織致密、縮孔較小、沒有塑松和皮下氣泡等缺陷［2］，表面和熱加工塑性良好。電渣重熔時(shí)又采取了Ar氣保護(hù)措施，電渣重熔后合金中的氣體的體積分?jǐn)?shù)依然較低。

綜上所述，在生產(chǎn)過程中采用了真空感應(yīng)爐+電渣重熔雙聯(lián)工藝路線。經(jīng)實(shí)際雙聯(lián)冶煉后取樣做的非金屬夾雜物級別如表2所示，其夾雜物含量相當(dāng)小，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

表2 非金屬夾雜物級別

1.2 熱加工

1.2.1 合金熱加工工藝

3J1合金化程度較高，導(dǎo)熱系數(shù)小，升溫速度不宜過快，開坯時(shí)采用圖1的鋼錠加熱制度。因?yàn)楹辖鸷幸欢ê康腁l、Ti元素，合金的熱加工性差，鍛造溫度范圍?。?］，所以合金的開鍛溫度≥1 050℃;終鍛溫度≥850℃。加熱嚴(yán)禁火焰直吹鋼錠，勤翻鋼錠，防止陰陽面，須均勻加熱且加熱透鋼錠。

圖1 3J1合金鋼錠加熱曲線

1.2.2 開坯工藝

扒皮后的鋼錠一般需8～12火鍛打，開坯時(shí)，嚴(yán)格控制出爐溫度，盡量縮短轉(zhuǎn)移時(shí)間，以保證盡可能高的開鍛溫度，終鍛溫度必須≥850℃。鋼錠開坯時(shí)先宜輕快錘擊，然后再適當(dāng)加重錘擊量，坯料出現(xiàn)角裂時(shí)，必須及時(shí)清除后再繼續(xù)鍛造。

1.2.3 鍛造比與性能

3J1合金經(jīng)不同的鍛造比，經(jīng)表中的熱處理制度力學(xué)性能如表3所示:

表3 力學(xué)性能

從表3可以看出隨著鍛造比的增大，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度也在增大，延伸率、斷面收縮率反之減小，

2 熱處理

2.1 固溶處理

為了使熱加工過程中析出的金屬間化合物γ'相又稱(Ni、Fe)3(Al Ti)相、η相(又稱Ni3Ti相)及少量的TiC、TiN溶解于基體中，而后在快冷時(shí)獲得過飽和的單一奧氏體組織，為以后的時(shí)效沉淀析出均勻細(xì)小的強(qiáng)化相做準(zhǔn)備。

本文固溶處理制度采用950℃加水冷。這是因?yàn)楣倘軠囟冗^低γ'相等相未能溶解或溶解很少;當(dāng)選用950℃時(shí)，γ'相已經(jīng)溶解，奧氏體濃度已經(jīng)達(dá)到飽和且奧氏體濃度極不均勻。此時(shí)奧氏體尚有大量位錯(cuò)存在，這樣促進(jìn)了時(shí)效的擴(kuò)散進(jìn)程［4］，為沉淀析出強(qiáng)化相提供了濃度條件;若再提高固溶加熱溫度，不僅使奧氏體濃度均勻，且晶粒急劇張大，塑性顯著下降。

2.2 時(shí)效處理

為了進(jìn)一步析出細(xì)小的γ'相等相，使主要強(qiáng)化相數(shù)量增加，使合金的強(qiáng)度進(jìn)一步提高，達(dá)到最佳的強(qiáng)化效果，從而進(jìn)行時(shí)效處理。

當(dāng)時(shí)效溫度低于600℃時(shí)，顯微組織沒有什么變化，機(jī)械性能變化不大;當(dāng)溫度升到600～650℃時(shí)，此時(shí)有第二相的析出，但它具有只在晶界處不連續(xù)析出的特點(diǎn)，這是由于位錯(cuò)和Al、Ti原子的晶界偏析所致;當(dāng)溫度達(dá)到650～700℃時(shí)保溫3h，第二相由不連續(xù)析出發(fā)展到晶內(nèi)的連續(xù)析出，且析出數(shù)量增加。從而導(dǎo)致強(qiáng)化效果增加。

本文在φ69mm的3J1合金棒上取樣，試樣經(jīng)950℃時(shí)保溫3h水淬+670℃時(shí)保溫3h空冷，力學(xué)性能如表3所示

合金經(jīng)過不同鍛造比和經(jīng)表3中的熱處理所得的力學(xué)性能如表4所示。

表4 力學(xué)性能

3 結(jié)論

通過以上系統(tǒng)的介紹，從而得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)在冶煉上，3J1選擇了真空感應(yīng)爐+電渣重溶雙聯(lián)工藝，合金非金屬夾雜物級別低，滿足了后續(xù)鍛造性和合金性能的需要。

(2)合金經(jīng)不同鍛造比，在相同固溶+實(shí)效熱處理制度下，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和鍛造比成正比;延伸率、斷面收縮率與鍛造比成反比。

(3)試樣經(jīng)950℃時(shí)保溫3小時(shí)水淬+670℃時(shí)保溫3小時(shí)空冷得出力學(xué)性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］王振東編著.感應(yīng)爐冶煉.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］冶金部鋼鐵研究院煉鋼室編.電渣重熔知識.北京:冶金工業(yè)出版社，1974.

［3］黃乾堯，李漢康等編.高溫合金.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

［4］陳復(fù)民，李國俊，蘇德達(dá)編著.彈性合金.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1986