第3章马氏体铬不锈钢的冶炼

1、第3章 马氏体铬不锈钢的冶炼主讲人：姚春发 高工3.1马氏体铬不锈钢概况3.1.1马氏体铬不锈钢的含义含 C =0.08% 1.20% (质量分数，下同）、Cr = 11.0% 19.0%，以铁、铬、 碳三元素为主要成分；高温下为奥氏体，淬火后在室温下为马氏体；通过热处理可 以调节其性能的铬系不锈钢，称为马氏体铬不锈钢。3.1.2马氏体铬不锈钢的分类马氏体铬不锈钢按含碳量，可分为以下三类：(1) 低碳马氏体不锈钢含C =0.08% 0. 15% (质量分数，下同）、Cr = 11.5% 13. 5%。包括 lCrl2、lCrl3 及 0Crl3 等钢号。(2) 中碳马氏体不镑钢含C =0.16

2、% 0.45% (质量分数，下同）、Cr = 12.0% 14.0%。包括 2Crl3、3Crl3、4Crl6、4Crl3 等钢号。(.3)高碳马氏体不锈钢含C=0.60% -1.20% (质量分数，下同）、Cr = 16. 0% 19. 0%、Mo=0. 40% 1.30%,个别钢号含少量钒。包括 7Crl7、8Crl7、 llCrl7、9Crl8、9Crl8Mo、9Crl8MoV 等钢号。3.1马氏体铬不锈钢概况3.1.3马氏体铬不锈钢的化学成分类别类别钢钢 号号化学成分（质量分数，化学成分（质量分数，) ) ( (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马氏体铬不锈钢概况类别类别钢钢 号号化学成分（质量分数，化学成分（质量分数，) ) 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马氏体铬不锈钢概况3.1.4马氏体铬不锈钢的特点1.高的室温强度和硬度随钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度、耐磨性、锋利度均增加，而塑性、靭 性下降。2.具有一般的耐蚀性马氏体铬不锈钢仅具有不锈性，以及在弱腐蚀介质中的耐蚀性，通常仅适用于 淡水和室内大气。随钢中含铬量的增加和加人合金元素钼，此类钢的耐蚀性才得到提高。3.1

9、马氏体铬不锈钢概况3.冷加工成形性中、高碳马氏体铬不镑钢的冷加工成形性差，不适宜冷成形加工，必要时可采取温加工成形。低碳马氏体铬不锈钢具有良好的冷加工成形性，但是冷变形后应即 时退火，以防开裂。4.钢的焊接性差中、高碳铬不锈钢不能用于焊接，因为焊后在焊缝和热影响区，会形成硬而脆 的高碳马氏体组织，极易产生裂纹。低碳马氏体铬不诱钢可以焊接，但焊前要预热到200 400,焊后要进行650 720的回火，以消除焊接应力，降低焊缝和热影响区硬度，改善塑性和軔性。3.1马氏体铬不锈钢概况3.1.5马氏体铬不锈钢的用途1.低、中碳马氏体铬不锈钢的用途低、中碳马氏体不镑钢主要用于制造各种餐具和刃具、电站汽轮

10、机叶片、淡水 系统用阀门、室内建筑装饰材料等。2.高碳马氏体铬不锈钢的用途高碳马氏体铬不锈钢主要用于制造医用手术刀具、工业用剪切刃具、医疗器 械、滚珠轴承、弱腐蚀介质用阀门等。3.2马氏体铬不锈钢中合金元素的作用 3.2.1 铬元素的作用1、铬对钢组织结构的作用铬是铁素体形成元素。当钢中含碳量一定时，提高含铬量会增加高温下铁素体 数量，降低钢的淬火能力。为了保持钢在高温下形成奥氏体，增加含铬量的同时， 需要相应增加奥氏体形成元素碳、氮含量，以平衡铬对组织结构的影响，保持高温 时具有奥氏体组织。2、铬对钢的耐蚀性的作用 铬是保持马氏体铬不锈钢的不锈性和 耐蚀性的关键元素。随着含铬量的提高，钢在氧

11、化性介质中的耐蚀性增强，在还原 性介质中的耐蚀性下降。3.2马氏体铬不锈钢中合金元素的作用3、铬对钢力学性能的影响 铬对马氏体铬不镑钢力学性能的影响，随钢中含碳量的不同而异。含C =0.08% 0. 15% (质量分数）的低碳马氏体铬不镑钢中，随着含铬量的 增加，钢的室温强度和硬度缓慢升高、塑性下降。含C=0.25%0.45% (质量分数）的中碳马氏体铬不锈钢中，随含铬量的增 加，钢的室温强度和硬度明显下降，塑性改善。这与对低碳马氏体铬钢的影响正好相反。含C0.60% (质量分数）的高碳马氏体铬不锈钢中，由于钢中存在大量的液 析碳化物，而且又不参与淬火硬化过程，铬对钢的强度影响不明显。但是，能

12、显著 提高钢的耐磨性。3.2马氏体铬不锈钢中合金元素的作用3.2.2碳元素的作用1.碳对钢的组织结构的作用碳是与铬共同搭配组成马氏体铬不镑钢的重要元素。碳是奥氏体形成元素，是 使钢在高温下保持奥氏体组织的主要元素。2.碳对钢力学性能的影响 钢中含铬量一定时，随着钢中碳含量的增加，淬火后强度和硬度升髙。3.碳对钢的耐蚀性的影响随着钢中含碳量增加，钢中碳化铬数量增多，维持耐蚀性的游离铬原子数量减少，钢的耐蚀性下降。因此，钢中含碳量越高，耐蚀性越差。4.碳对钢焊接性的影响随着钢中含碳量的增加，钢的焊接性下降。中、高碳马氏体铬钢不能进行焊 接。3.2马氏体铬不锈钢中合金元素的作用3.2.3钼元素的作用

13、1、钼对钢组织结构的作用钼是铁素体形成元素，其形成铁素体的能力与铬相同。钢中含钼量过髙，会促 进形成铁素体，对钢的性能带来不利影响。钼对马氏体铬不锈钢的组织结构会产生 不利作用。2、钼对钢力学性能的影响部分高碳马氏体铬不锈钢中，加人质量分数为0.40% 1. 7%的钼，其作用是 提髙淬火后的硬度。这对用于制造刀具，特别是医用手术刀具等尤其重要。钼对提 高刀具的锋利性起着重要作用。3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点马氏体铬不锈钢通常采用中频感应炉冶炼。对冶金质量要求高的钢种，可以采 用中频感应炉+电渣重熔双联法冶炼。3.3.1降低钢中氢含量的操作要点1.氢对马氏体铬不锈钢的危害氢在奥氏体

14、中的溶解度比马氏体中高。钢自高温奥氏体冷却过程发生马氏体转 变时，氢将大量析出。由于氢在马氏体中以极快速度析出，因此，马氏体铬不锈钢 容易产生氢脆。通常随着马氏体铬钢中含碳量增加，氢脆的敏感性增大。氢还能使马氏体铬不锈钢的点蚀电位降低，从而降低钢的耐点蚀性能。氢还能 引起钢在含硫化氢介质中发生氢脆。总之，马氏体铬不锈钢对氢的敏感性很高，必须严格控制钢中含氢量（质量 分数）低于4.0 xl06。3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点2.降低钢中含氢量的措施1）加强对炉料的烘烤。2）造好覆盖渣减少大气与钢液接触3）降低环境湿度的影响4）出钢和浇注系统的烘烤。5）钢包底吹氬脱氢处理条件3.3马氏

15、体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点3.3.2钢中氣含量的控制1.氮对钢性能的影响1）提高钢的强度和韧性氮是奥氏体形成元素，其能力与碳相同。氮能增 加高温奥氏体的稳定性，减少铁素体数量。淬火后提高马氏体的硬度和强度，可 显著改善回火钢的强度和軔性。2）改善钢的耐蚀性氮至少对马氏体铬不锈钢的耐蚀性不产生有害影响。 在某些条件下，氮可以提高钢的耐蚀性。3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点2.冶炼过程钢中含氮量的控制1）钢中氮的加入量。由于氮能改善马氏体铬不锈钢的强度、軔性和耐蚀性， 作为合金元素将逐步扩大其应用范围。2）准确控制钢中含氮量的操作要点。首先，对钢液增氮用高氮合金中的含 氮量进行取样

16、、分析并加以确认。其次，炉料中铬铁是主要氮的载人者，应当预先分析含氮量。3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点3.3.3冶炼过程的造渣与脱氧操作1.冶炼过程的渣制度冶炼马氏体铬不锈钢采用中性渣单渣制度。造渣材料选用粘土质耐火材料碎块 和萤石。2.熔化期钢液预脱氧为防止炉料熔化过程铬氧化，要求炉料中配人质量分数为0.30% 0. 50%的 硅和0.40% 0.50%的锰（规格含量的50%)，以降低铬的氧化数量。另外，熔 化末期可向炉内加人适量硅铁粉进行脱氧。3.钢液的扩散脱氧熔清后，升温调整炉渣的流动性，准备扩散脱氧。4.钢液的终脱氧马氏体铬不锈钢钢液终脱氧使用铝块。3.3马氏体铬不锈钢中频

17、感应炉冶炼工艺要点3.3.4马氏体铬不锈钢的浇注工艺马氏体铬不锈钢模铸时，浇注过程的主要操作环节如下：注流保护、锭模内液 面保护、浇注温度、浇注速度和冒口补缩等。1.钢液的注流保护含铬钢液以钢包进行浇注时，注流的二次氧化会降低钢液的纯净度。钢液浇注时，常用的注流保护方法有以下两 种。1）圆筒隔离大气保护注流2）氩气或氮气气流保护注流3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点2.保护锭模内液面减少二次氧化(1)减少锭模内液面氧化的意义模铸含铬不锈钢时，钢锭的表面质量成为最难解决的技术课题。对于马氏体铬不镑钢而言，钢锭表面质量尤其重要。(2)保护模内钢液减少二次氧化的方法保护模内钢液减少氧化的方法

18、包括 液渣保护法和固渣保护法两种。液渣保护法由于操作繁杂、工作效率低，在生产中 难以实现。近期不锈钢模铸（锭重200kg以上）时，均采用固渣保护法。(3)固渣保护法浇注含铬不锈钢浇注前，将预先配制的经烘干的渣粉或压 片，放置于钢锭模内。开浇后，钢液进入锭模与渣料接触，并浮在钢液面上。借助 钢液热量，在液面上升过程中熔化成渣。在钢液面上形成保护渣层，将空气与钢液 隔离，减少了二次氧化。3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点3.钢液的浇注操作马氏体铬不锈钢铸锭方式为下注法。上注法钢锭表面质量差，马氏体铬不锈钢 钢锭修磨难度大，故不能采用上注法。(1)确定浇注温度浇注温度对钢锭的表面和内在质量具有较大的影响。(2)浇注速度的调控下注法模铸时，浇注速度是根据钢种、锭重、浇注温度等因 素确定的。马氏体铬不锈钢钢液具有粘度大、流动性差、铬氧化物多等特点。对钢 锭表面质量要求较高的条件下，采取高温较快速浇注比较有利。(3)冒口的补缩与保温冒口是钢锭的重要组成部分。冒口的作用是补充锭 身收缩所需要的钢液，使钢锭的缩孔形成在冒口区内，达到提高成材率之目的。3.3马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点3.3.5马氏体铬不锈钢钢锭的冷却与退火1.钢锭的脱模与冷却制度(1)钢锭冷却过程中的马氏体转变马氏体铬不镑钢的冷却过程中，会发生 马氏体转变。这一点不同于其他类别的