残余V元素对1Cr18Ni9Ti钢板组织与性能的影响

2011-01-22李许明宋玺玉马凤春王晓轩李凯峰

沈阳航空航天大学学报 2011年4期

李许明，宋玺玉，马凤春，王晓轩，李凯峰，闫磊

(中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，辽宁沈阳110043)

1Cr18Ni9Ti是我国综合前苏联两种材料12X18H10T和12X18H9T而成的18－8系列不锈钢中应用最广泛的一种材料。1Cr18Ni9Ti板材在航空发动机上主要应用于各种500℃以下工作的安装边等零件，在民用上更用于制造各种反应釜、储存罐等设备。由于其应用范围广，使用量大，而民品要求又低，因此钢厂在生产该材料时使用返回料的量大，导致经常出现各种残余元素。前段时间某钢厂生产的1Cr18Ni9Ti板材含有残余V元素，为确定该材料能否投产使用，有必要研究残余V 含量对1Cr18Ni9Ti的组织性能的影响。［1－8］

1 试验用料

为了比较含V含量对组织和性能的影响，选择了3种不同V含量的材料进行试验。化学成分见表1。

2 试验方案

1Cr18Ni9Ti材料在航空发动机上主要用于500℃以下工作零件，因此实验方案制定主要是针对零件工况和技术条件的要求而制定，方案如下:

表1 试验料化学成分

(2)时效态金相组织、室温拉伸、500℃拉伸性能

3 试验结果与分析

3.1 金相组织

3.1.1 固溶态夹杂物

夹杂物主要为TIN夹杂以及点状氧化物夹杂，其它类型夹杂物较少。

夹杂物形态见图1，主要为点状 TIN、TiC类型夹杂物。虽然V是强夺C、N元素，但由于材料中有Ti存在，C、N优先和Ti结合导致V固溶进入奥氏体中，因而未形成V的夹杂物。

图1 各试验料的夹杂物形态

3.1.2 固溶态α相

三炉试验料均未见α相，即使在偏析部位也未见(见图2)，可能数量较少，且未集中分布。

图2 α相

不同V含量的原始固溶态金相显微组织基本相同，组织为奥氏体+TiN(C)析出物，扫描电镜分析未见其它类型的析出物，可能其它类型的碳化物已全部固溶到基体了。虽然V是强烈的铁素体形成元素，但也未观察到α铁素体。因此，V含量对原始固溶态金相显微组织的影响不大。

3.1.3 时效态的金相显微组织

由于原始态中的TiN(C)析出相较多，且时效过程中析出的碳化物细小，因此随400℃、500℃时效时间的延长，金相显JP微组织未见明显的变化;但随500℃时效时间的延长，细小的碳化物析出有增加的趋势。图3和图4是试验料E3的图片。

图3 试验料(E3)400℃时效时间对金相显微组织的影响

图4 试验料(E3)500℃时效时间对金相显微组织的影响

3.1.4 析出物分析

材料固溶态为奥氏体组织，见图5(a);但内部有大量的析出物，方形、三角形的析出物为TiN，见图 5(b);杆状、球状为 TiC，见图 5(c)、(d)。

图5 固溶态SEM组织及析出

3.2 时效后的室温拉伸性能

400℃、500℃时效时间对各试验料室温力学性能的影响见图6、图7。

2.鼓励集体创业模式，共同发展。随着大学生毕业人数逐年增加，在国家资源有限的情况下，要不断鼓励大学生集体创业。集体创业模式的推进有利于集思广益，资源共享以及大学生团结互助精神的培养，大家彼此协作，互相帮助，共同进步，实现资源利用率的最大化。增进彼此感情的同时，大学生集体创业在一定程度上解决了我国资源短缺的问题，壮大了大学生创业的队伍，实现了共享发展。

由图6可见，随400℃时效时间的延长，抗拉强度、屈服强度略有增加，延伸率变化不大。随500℃时效时间延长，抗拉强度、屈服强度、延伸率变化不大。

三批试验料比较，抗拉强度基本不变;屈服强度按E1、E2、E3试验料增加，与V含量的变化相对应;延伸率按E1、E2、E3试验料下降，与V含量的变化相反。

由此可见，V含量对400℃、500℃时效后的性能的影响不大，高V含量的试验料主要由于固溶强化而表现出略高的强度、略低的塑性。

图6 400℃时效时间对各试验料室温力学性能的影响

图7 500℃时效时间对各试验料室温力学性能的影响

3.3 时效后的500℃高温拉伸性能

3.3.1 400℃时效后的高温拉伸性能

400℃时效时间对500℃高温拉伸性能的影响见图8。

由图8可见，随时效时间的延长，3种试验料的500℃抗拉强度、屈服强度变化不大，E1、E2试验料的500℃延伸率变化不大，E3试验料略有下降的趋势。

随V含量的增加，500℃抗拉强度基本不变，500℃屈服强度略有增加，500℃延伸率略有降低。

由此可见，随V含量的增加，400℃ ×150 h时效后的室温及500℃拉伸性能均表现相同的规律，抗拉强度基本不变，屈服强度略有增加，延伸率略下降。可能是析出物非常细小且数量非常少。

图8 400℃时效时间对500℃高温拉伸性能的影响

3.3.2 500℃时效后的高温拉伸性能

500℃时效时间对500℃高温拉伸性能的影响见图9。

由图9可见，随时效时间的延长，3种试验料的500℃抗拉强度、屈服强度、延伸率变化不大。

随V含量的增加，500℃抗拉强度基本不变，屈服强度略有增加，延伸率略有降低。

由于500℃时效的温度较高，试验料在时效过程中会发生组织回复及碳化物的析出，回复过程降低其强度，弥散细小的析出使强度增加。由图7(b)可见，低V含量的E1试验料屈服强度先升后降，而高V含量的E3试验料屈服强度基本不随时效时间改变，可能析出了VC。但从图9可见，500℃时效时间对500℃屈服强度的影响很小，表明时效过程中的VC析出并不多，对高温性能不能产生明显的影响。

图9 500℃时效时间对500℃高温拉伸性能的影响

3.4 时效后的晶间腐蚀性能

试验料经400℃、500℃时效后晶间腐蚀试验，发现弯曲表面有细小的微裂纹，试验抛光后的照片见图10，未见晶粒痕迹，可见无晶间腐蚀现象。

图10 各试验料500℃×100 h时效+晶间腐蚀试验后的弯曲面抛光状态金相

图11 各试验料400℃×150 h时效+晶间腐蚀试验后金相显微组织

各时效试验料经晶间腐蚀试验后的显微组织见图11和图12，未见晶间腐蚀现象。晶间腐蚀主要是由于晶界Cr的碳化物析出而使晶界贫铬引起的，Ti是强碳化物形成元素，加Ti使其与C作用析出TiC，使固溶C基本消除，这样就不能出现铬的碳化物析出而使晶界贫铬出现晶间腐蚀。V与Ti具有类似的作用，虽然与C的结合力没有Ti强，但比Cr强，可以优先与C结合，对改善晶间腐蚀性能有利。

V含量不同的三炉试验料在400℃、500℃时效150 h后晶间腐蚀均出现表明微裂纹，但金相分析表明未出现晶间腐蚀现象，表明微裂纹的产生可能与TiN颗粒的尺寸较大有关。因此，V含量对晶间腐蚀性能不会产生不利的影响。