1、第3章 馬氏體鉻不銹鋼的冶煉主講人：姚春發(fā) 高工3.1馬氏體鉻不銹鋼概況3.1.1馬氏體鉻不銹鋼的含義含 C =0.08% 1.20% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、Cr = 11.0% 19.0%，以鐵、鉻、 碳三元素為主要成分；高溫下為奧氏體，淬火后在室溫下為馬氏體；通過熱處理可 以調(diào)節(jié)其性能的鉻系不銹鋼，稱為馬氏體鉻不銹鋼。3.1.2馬氏體鉻不銹鋼的分類馬氏體鉻不銹鋼按含碳量，可分為以下三類：(1) 低碳馬氏體不銹鋼含C =0.08% 0. 15% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、Cr = 11.5% 13. 5%。包括 lCrl2、lCrl3 及 0Crl3 等鋼號。(2) 中碳馬氏體不鎊鋼含C =0.16

2、% 0.45% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、Cr = 12.0% 14.0%。包括 2Crl3、3Crl3、4Crl6、4Crl3 等鋼號。(.3)高碳馬氏體不銹鋼含C=0.60% -1.20% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、Cr = 16. 0% 19. 0%、Mo=0. 40% 1.30%,個別鋼號含少量釩。包括 7Crl7、8Crl7、 llCrl7、9Crl8、9Crl8Mo、9Crl8MoV 等鋼號。3.1馬氏體鉻不銹鋼概況3.1.3馬氏體鉻不銹鋼的化學(xué)成分類別類別鋼鋼 號號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，) ) ( (C CSiSiMnMnp pS SCrCrMoMoNiNiV V 1 Cr

3、l2 (UNSS40300)1 Crl2 (UNSS40300)0. 150. 150. 500. 501.001.000.0350.0350.0300.03011.5 11.5 13.013.00.600.60低碳低碳0Crl3 (UNSS41008)0Crl3 (UNSS41008)0.080.081.001.001.001.000.0350.0350.0300.03011.5 11.5 13.513.50.600.60 lCrl3 (UNSS41000)lCrl3 (UNSS41000)0. 150. 151.001.001.001.000.0350.0350.0300.03011.5

4、11.5 13.513.50.600.603.1馬氏體鉻不銹鋼概況類別類別鋼鋼 號號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，) ) C CSiSiMnMnP PS SCrCrMoMoNiNiV V中碳中碳2Crl3 (UNSS42000)2Crl3 (UNSS42000)0. 16 0. 16 0. 0. 25251.001.001.001.000.0350.0350.0300.03012. 0 12. 0 14.0 14.00.600.603Crl3 (UNSS42020)3Crl3 (UNSS42020)0. 260. 26 0. 0. 35351.001.001.001.000.0350

5、.0350.0300.03012.0-12.0-14.014.00.600.604Crl3 4Crl3 0. 36 0. 36 0. 450. 450.600.600. 800. 800.0350.0350.0300.03012. 0 12. 0 14.0 14.00. 600. 603Crl63Crl60.25 0.25 0.400.401. 001. 001. 001. 000. 0350. 0350.0300.03015. 0 15. 0 - 17.0- 17.00.600.60高碳高碳7Crl7 (UNSS44002)7Crl7 (UNSS44002)0.600.600.750.751

6、.001.001.001.000.0350.0350.0300.03016.0 16.0 18.018.00.750.750. 600. 60一一8Crl7 (UNSS44003)8Crl7 (UNSS44003)0. 75 0. 75 0. 0. 95951.001.001.001.000. 0350. 0350. 0300. 03016. 0 16. 0 18.0 18.00.750.750. 600. 60llCrl7 (UNSS44004)llCrl7 (UNSS44004)0. 95 0. 95 1.20 1.201.001.001.001.000.0350.0350. 0300.

7、03016.0 16.0 18.018.00.750.750. 600. 609Crl8 9Crl8 0.90 0.90 1.001.000. 800. 800. 800. 800.0350.0350.0300.03017.0-17.0-19.019.00. 750. 750.600.609Crl8Mo (UNSS44025)9Crl8Mo (UNSS44025)0.95 0.95 1. 1. 10100. 800. 800. 800. 800.0350.0350.0300.03016. 0 16. 0 18.0 18.00. 40 0. 40 0.70 0.700. 600. 609Crl8

8、MoV 9Crl8MoV 0. 85 0. 85 0.95 0.950.800.800.800.800.0350.0350.0300.03017. 0 17. 0 19.019.01.00-1.00-1.301.300.600.600.07 0. 0.07 0. 12123.1馬氏體鉻不銹鋼概況3.1.4馬氏體鉻不銹鋼的特點1.高的室溫強(qiáng)度和硬度隨鋼中含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、鋒利度均增加，而塑性、靭 性下降。2.具有一般的耐蝕性馬氏體鉻不銹鋼僅具有不銹性，以及在弱腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性，通常僅適用于 淡水和室內(nèi)大氣。隨鋼中含鉻量的增加和加人合金元素鉬，此類鋼的耐蝕性才得到提高。3.1

9、馬氏體鉻不銹鋼概況3.冷加工成形性中、高碳馬氏體鉻不鎊鋼的冷加工成形性差，不適宜冷成形加工，必要時可采取溫加工成形。低碳馬氏體鉻不銹鋼具有良好的冷加工成形性，但是冷變形后應(yīng)即 時退火，以防開裂。4.鋼的焊接性差中、高碳鉻不銹鋼不能用于焊接，因為焊后在焊縫和熱影響區(qū)，會形成硬而脆 的高碳馬氏體組織，極易產(chǎn)生裂紋。低碳馬氏體鉻不誘鋼可以焊接，但焊前要預(yù)熱到200 400,焊后要進(jìn)行650 720的回火，以消除焊接應(yīng)力，降低焊縫和熱影響區(qū)硬度，改善塑性和軔性。3.1馬氏體鉻不銹鋼概況3.1.5馬氏體鉻不銹鋼的用途1.低、中碳馬氏體鉻不銹鋼的用途低、中碳馬氏體不鎊鋼主要用于制造各種餐具和刃具、電站汽輪

10、機(jī)葉片、淡水 系統(tǒng)用閥門、室內(nèi)建筑裝飾材料等。2.高碳馬氏體鉻不銹鋼的用途高碳馬氏體鉻不銹鋼主要用于制造醫(yī)用手術(shù)刀具、工業(yè)用剪切刃具、醫(yī)療器 械、滾珠軸承、弱腐蝕介質(zhì)用閥門等。3.2馬氏體鉻不銹鋼中合金元素的作用 3.2.1 鉻元素的作用1、鉻對鋼組織結(jié)構(gòu)的作用鉻是鐵素體形成元素。當(dāng)鋼中含碳量一定時，提高含鉻量會增加高溫下鐵素體 數(shù)量，降低鋼的淬火能力。為了保持鋼在高溫下形成奧氏體，增加含鉻量的同時， 需要相應(yīng)增加奧氏體形成元素碳、氮含量，以平衡鉻對組織結(jié)構(gòu)的影響，保持高溫 時具有奧氏體組織。2、鉻對鋼的耐蝕性的作用 鉻是保持馬氏體鉻不銹鋼的不銹性和 耐蝕性的關(guān)鍵元素。隨著含鉻量的提高，鋼在氧

11、化性介質(zhì)中的耐蝕性增強(qiáng)，在還原 性介質(zhì)中的耐蝕性下降。3.2馬氏體鉻不銹鋼中合金元素的作用3、鉻對鋼力學(xué)性能的影響 鉻對馬氏體鉻不鎊鋼力學(xué)性能的影響，隨鋼中含碳量的不同而異。含C =0.08% 0. 15% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的低碳馬氏體鉻不鎊鋼中，隨著含鉻量的 增加，鋼的室溫強(qiáng)度和硬度緩慢升高、塑性下降。含C=0.25%0.45% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的中碳馬氏體鉻不銹鋼中，隨含鉻量的增 加，鋼的室溫強(qiáng)度和硬度明顯下降，塑性改善。這與對低碳馬氏體鉻鋼的影響正好相反。含C0.60% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的高碳馬氏體鉻不銹鋼中，由于鋼中存在大量的液 析碳化物，而且又不參與淬火硬化過程，鉻對鋼的強(qiáng)度影響不明顯。但是，能

12、顯著 提高鋼的耐磨性。3.2馬氏體鉻不銹鋼中合金元素的作用3.2.2碳元素的作用1.碳對鋼的組織結(jié)構(gòu)的作用碳是與鉻共同搭配組成馬氏體鉻不鎊鋼的重要元素。碳是奧氏體形成元素，是 使鋼在高溫下保持奧氏體組織的主要元素。2.碳對鋼力學(xué)性能的影響 鋼中含鉻量一定時，隨著鋼中碳含量的增加，淬火后強(qiáng)度和硬度升髙。3.碳對鋼的耐蝕性的影響隨著鋼中含碳量增加，鋼中碳化鉻數(shù)量增多，維持耐蝕性的游離鉻原子數(shù)量減少，鋼的耐蝕性下降。因此，鋼中含碳量越高，耐蝕性越差。4.碳對鋼焊接性的影響隨著鋼中含碳量的增加，鋼的焊接性下降。中、高碳馬氏體鉻鋼不能進(jìn)行焊 接。3.2馬氏體鉻不銹鋼中合金元素的作用3.2.3鉬元素的作用

13、1、鉬對鋼組織結(jié)構(gòu)的作用鉬是鐵素體形成元素，其形成鐵素體的能力與鉻相同。鋼中含鉬量過髙，會促 進(jìn)形成鐵素體，對鋼的性能帶來不利影響。鉬對馬氏體鉻不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生 不利作用。2、鉬對鋼力學(xué)性能的影響部分高碳馬氏體鉻不銹鋼中，加人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40% 1. 7%的鉬，其作用是 提髙淬火后的硬度。這對用于制造刀具，特別是醫(yī)用手術(shù)刀具等尤其重要。鉬對提 高刀具的鋒利性起著重要作用。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點馬氏體鉻不銹鋼通常采用中頻感應(yīng)爐冶煉。對冶金質(zhì)量要求高的鋼種，可以采 用中頻感應(yīng)爐+電渣重熔雙聯(lián)法冶煉。3.3.1降低鋼中氫含量的操作要點1.氫對馬氏體鉻不銹鋼的危害氫在奧氏體

14、中的溶解度比馬氏體中高。鋼自高溫奧氏體冷卻過程發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn) 變時，氫將大量析出。由于氫在馬氏體中以極快速度析出，因此，馬氏體鉻不銹鋼 容易產(chǎn)生氫脆。通常隨著馬氏體鉻鋼中含碳量增加，氫脆的敏感性增大。氫還能使馬氏體鉻不銹鋼的點蝕電位降低，從而降低鋼的耐點蝕性能。氫還能 引起鋼在含硫化氫介質(zhì)中發(fā)生氫脆。總之，馬氏體鉻不銹鋼對氫的敏感性很高，必須嚴(yán)格控制鋼中含氫量（質(zhì)量 分?jǐn)?shù)）低于4.0 xl06。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點2.降低鋼中含氫量的措施1）加強(qiáng)對爐料的烘烤。2）造好覆蓋渣減少大氣與鋼液接觸3）降低環(huán)境濕度的影響4）出鋼和澆注系統(tǒng)的烘烤。5）鋼包底吹氬脫氫處理條件3.3馬氏

15、體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點3.3.2鋼中氣含量的控制1.氮對鋼性能的影響1）提高鋼的強(qiáng)度和韌性氮是奧氏體形成元素，其能力與碳相同。氮能增 加高溫奧氏體的穩(wěn)定性，減少鐵素體數(shù)量。淬火后提高馬氏體的硬度和強(qiáng)度，可 顯著改善回火鋼的強(qiáng)度和軔性。2）改善鋼的耐蝕性氮至少對馬氏體鉻不銹鋼的耐蝕性不產(chǎn)生有害影響。 在某些條件下，氮可以提高鋼的耐蝕性。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點2.冶煉過程鋼中含氮量的控制1）鋼中氮的加入量。由于氮能改善馬氏體鉻不銹鋼的強(qiáng)度、軔性和耐蝕性， 作為合金元素將逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。2）準(zhǔn)確控制鋼中含氮量的操作要點。首先，對鋼液增氮用高氮合金中的含 氮量進(jìn)行取樣

16、、分析并加以確認(rèn)。其次，爐料中鉻鐵是主要氮的載人者，應(yīng)當(dāng)預(yù)先分析含氮量。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點3.3.3冶煉過程的造渣與脫氧操作1.冶煉過程的渣制度冶煉馬氏體鉻不銹鋼采用中性渣單渣制度。造渣材料選用粘土質(zhì)耐火材料碎塊 和螢石。2.熔化期鋼液預(yù)脫氧為防止?fàn)t料熔化過程鉻氧化，要求爐料中配人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30% 0. 50%的 硅和0.40% 0.50%的錳（規(guī)格含量的50%)，以降低鉻的氧化數(shù)量。另外，熔 化末期可向爐內(nèi)加人適量硅鐵粉進(jìn)行脫氧。3.鋼液的擴(kuò)散脫氧熔清后，升溫調(diào)整爐渣的流動性，準(zhǔn)備擴(kuò)散脫氧。4.鋼液的終脫氧馬氏體鉻不銹鋼鋼液終脫氧使用鋁塊。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻

17、感應(yīng)爐冶煉工藝要點3.3.4馬氏體鉻不銹鋼的澆注工藝馬氏體鉻不銹鋼模鑄時，澆注過程的主要操作環(huán)節(jié)如下：注流保護(hù)、錠模內(nèi)液 面保護(hù)、澆注溫度、澆注速度和冒口補(bǔ)縮等。1.鋼液的注流保護(hù)含鉻鋼液以鋼包進(jìn)行澆注時，注流的二次氧化會降低鋼液的純凈度。鋼液澆注時，常用的注流保護(hù)方法有以下兩 種。1）圓筒隔離大氣保護(hù)注流2）氬氣或氮氣氣流保護(hù)注流3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點2.保護(hù)錠模內(nèi)液面減少二次氧化(1)減少錠模內(nèi)液面氧化的意義模鑄含鉻不銹鋼時，鋼錠的表面質(zhì)量成為最難解決的技術(shù)課題。對于馬氏體鉻不鎊鋼而言，鋼錠表面質(zhì)量尤其重要。(2)保護(hù)模內(nèi)鋼液減少二次氧化的方法保護(hù)模內(nèi)鋼液減少氧化的方法

18、包括 液渣保護(hù)法和固渣保護(hù)法兩種。液渣保護(hù)法由于操作繁雜、工作效率低，在生產(chǎn)中 難以實現(xiàn)。近期不銹鋼模鑄（錠重200kg以上）時，均采用固渣保護(hù)法。(3)固渣保護(hù)法澆注含鉻不銹鋼澆注前，將預(yù)先配制的經(jīng)烘干的渣粉或壓 片，放置于鋼錠模內(nèi)。開澆后，鋼液進(jìn)入錠模與渣料接觸，并浮在鋼液面上。借助 鋼液熱量，在液面上升過程中熔化成渣。在鋼液面上形成保護(hù)渣層，將空氣與鋼液 隔離，減少了二次氧化。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點3.鋼液的澆注操作馬氏體鉻不銹鋼鑄錠方式為下注法。上注法鋼錠表面質(zhì)量差，馬氏體鉻不銹鋼 鋼錠修磨難度大，故不能采用上注法。(1)確定澆注溫度澆注溫度對鋼錠的表面和內(nèi)在質(zhì)量具有較大的影響。(2)澆注速度的調(diào)控下注法模鑄時，澆注速度是根據(jù)鋼種、錠重、澆注溫度等因 素確定的。馬氏體鉻不銹鋼鋼液具有粘度大、流動性差、鉻氧化物多等特點。對鋼 錠表面質(zhì)量要求較高的條件下，采取高溫較快速澆注比較有利。(3)冒口的補(bǔ)縮與保溫冒口是鋼錠的重要組成部分。冒口的作用是補(bǔ)充錠 身收縮所需要的鋼液，使鋼錠的縮孔形成在冒口區(qū)內(nèi)，達(dá)到提高成材率之目的。3.3馬氏體鉻不銹鋼中頻感應(yīng)爐冶煉工藝要點3.3.5馬氏體鉻不銹鋼鋼錠的冷卻與退火1.鋼錠的脫模與冷卻制度(1)鋼錠冷卻過程中的馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體鉻不鎊鋼的冷卻過程中，會發(fā)生 馬氏體轉(zhuǎn)變。這一點不同于其他類別的