用于特殊工況的閥體鍛件其使用安全等級為核一級,質保一級,設計使用壽命達30年。因此要求閥體用高性能不銹鋼鍛件,應該具有高純度、低缺陷、低偏析、細晶粒和優良的高溫機械性能以及良好的耐蝕性,同時具有一定比例的α相存在。但是,現有奧氏體鋼的力學性能無法滿足制造工藝的技術要求,所以研究其制造工藝是非常重要的。

      閥體鍛件對鋼的化學成分有嚴格的要求。選用鎳板的鈷含量應<0 1 050%,對基本爐料嚴格控制微量元素Zn、Sn、Sb、Bi和As,以保證鋼的高溫強度和防止低熔點共晶相而引起的熱脆性。將電弧爐熔化后的鋼液轉入VOD爐精煉。冶煉中,真空缶的壓力為0 1 13×10 3～0 1 2×10 3 Pa,根據不同熔煉期碳含量變化相應調整氧的吹入量。

      氧的吹入量控制在600～400nm 3/h。在鋼液中的碳接近0.105%時停止吹氧,通入氬氣攪拌,促進鋼液中[C]和[O]反應,使鋼液中的[C]小于0.104%,鋼液中的氮隨著氬氣泡的形成而一同逸出鋼液,從而達到降氮效果。用氧濃差電極測定鋼中[O]含量為0.1038%,將造渣材料CaO、CaF和還原劑Si-Ca先后加入鋼液中,在還原結束時鋼液中加入鋁終脫氧,經15min脫氧后測定鋼液中[O]含量是為0.1002%。在VOD爐冶煉中達到了降碳脫氧和去除鋼液中氮的效果。在澆注中采用了防護與濾渣相關措施鑄成4t重的八角錠。對VOD爐冶煉的鋼錠取樣分析(表2),鋼錠的化學成分滿足工藝要求。

       由于含鈦的奧氏體不銹鋼在澆注時鋼液的流動,性較差,影響鋼錠的表面質量,也給鍛造帶來一定困難。閥體鍛件用的奧氏體不銹鋼要求具有4%～12%的α相,由于α和γ兩種相的高溫形變抗力不同,在鍛造過程中如果鍛造溫度和鍛比控制不當很容易在相界產生內部裂紋而使鍛件報廢。所以選擇合理的鍛造溫度與鍛比尤為重要。

      鍛造前,將鋼錠表面打磨光亮裝爐加熱。在高溫下長時間加熱(圖1)使合金元素充分進行動態遷移,使鋼錠的化學成分趨向均勻,避免鍛后合金成分偏析,以保證α相的穩定性和鍛件機械性能的均勻性。鐵素體的存在能引起α-γ之間的相間隔強化,提高鋼的抗拉強度和屈服強度〔2〕。在鍛造加熱中游離的鐵素體會促進鋼中α相增加〔3〕,同時鋼中的α相將有一部分轉變成γ相〔4〕。奧氏體不銹鋼的晶粒尺寸也是影響屈服強度的重要因素,其強化規律遵循Hall-Petch公式,屈服強度與晶粒直徑D-1/2成正比。經分析,在鍛造中采用形變與再結晶工藝(圖2),分5火次鍛成閥體鍛件,總鍛比>6,終鍛溫度≥900℃,水冷。

     金相試樣和力學性能試樣均取自經過1 050℃×5h固溶處理水冷后的本體件上。試樣經拋光和化學試劑腐蝕后在金相顯微鏡下觀察金相組織及夾雜物。金相檢驗依據GB/T 13305-1991《奧氏體不銹鋼中α-相面積含量金相測定法》、GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》和GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定法》評定。鍛件金相試樣在顯微鏡下觀察有少量氧化物存在,僅在個別微區存在彌散分布的微量Ti(N、C)細小夾雜物,因此鍛件具有較高的純凈度,而且組織均勻,晶粒度達6級.

     經過大量的試驗,研制出高性能的0Cr18Ni10Ti鋼制造的閥體鍛件,該鍛件由于采用形變與再結晶工藝,使鍛造中產生的大量位錯得以保留,為獲得均勻的組織和細小的晶粒創造了有利條件。另外,在制造工藝中除了從原材料控制微量元素Zn、Sn、Sb、Bi和As外,應對鋼中間隙元素C、N和O加以限制。在澆注時采取防護及濾渣等工藝防止氧化物的產生和夾雜物進入鋼中,保證了鍛件具有高純度和較高的綜合性能,驗證了冶金工藝和鍛造工藝的合理性。