1Cr17Ni2钢制纺丝模头热处理

周楠+史艳红+刘华洲+王宏+王兰兰

摘 要：该文所叙述的纺丝模头所采用的1Cr17Ni2材料是一种高强度耐酸不锈钢，因这种钢的一些特殊性能，对热加工工艺提出了较高的要求。我们通过对材料化学成分的调整，选取了几种方案进行热处理工艺试验，经硬度检测、金相分析后优化了一组工艺参数，成功完成了大型主关键件纺丝模头的热处理。

关键词：不锈钢 铁素体 机械性能

中图分类号：TS173.8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（b）-0084-02

在化纤纺织机械设备中，由于化纤材料的特殊性，对化纤设备上的一些关键件的材料选用有特殊的要求。例如：纺粘非织造纺丝机上的纺丝模头采用了1Cr17Ni2不锈钢。

1Cr17Ni2属铁素体-马氏体型耐酸不锈钢，它不仅具有Cr17铁素体不锈钢的高耐腐蚀性，而且具有高的机械性能，在400 ℃以下使用不影响其耐腐蚀性及其机械性能。但在一定程度上保留了高铬铁素体钢的不足，如脆性、熱加工工艺复杂等。

1 纺丝模头的设计、使用要求及热处理要求

（1）该零件使用工作状况：刚性密封的大结合面（3 200 mm×350 mm），在高温、高压下不允许产生泄漏。故零件的制造及使用精度要求高。

（2）热处理要求：纺丝模头属大型零件，零件尺寸如图1所示。重量约为1 500 kg，HB：241～286，铁素体含量<15%，去应力处理。

2 纺丝模头的材料化学成分规定及调整

1Cr17Ni2材料的化学成分如表1所示。

从表1中可以看出C、Cr、Ni三个主要元素的上下限范围还是较宽的。

这三个元素成分的波动，热处理后会造成组织上的很大变化，其中主要是铁素体量的变化。基体中铁素体含量的多少直接影响钢在常温及使用状态下的机械性能。为此我们对此零件锻坯材料的化学成分做出了适当调整，提出了主要化学元素C、Cr、Ni的范围要求，如表2所示。

不锈钢大型锻件在冶炼及锻造时在钢中难免会出现白点等缺陷，故冶炼锻造后需马上进行去白点退火处理，以消除材料冶炼锻造过程中的白点缺陷，经粗加工后进行超声波探伤检查。

3 热处理工艺的确定

材料化学成分的变化对调质后的组织及机械性能有较大的影响，同时加热温度、保温时间等对组织及机械性能也有着至关重重的影响。我们从18Cr-2Ni%的平衡图中可以看出：较高的温度加热会导致组织中出现大量的铁素体，同时资料中也指出加热时间过长同样会导致出现大量的铁素体。另外，1Cr17Ni2钢不仅具有高铬钢固有的475 ℃脆性倾向，而且还具有回火脆性倾向。因此，当材料的化学成分确定后，正确的加热方式、加热温度、保温时间及冷却方式是关键。为此，我们制作了数种工艺试块，进行了几种不同淬火温度、工艺时间和回火温度、回火时间的工艺试验，并对其进行了硬度、显微组织、晶粒度、铁素体含量等的检测。通过对几种不同工艺试块检测结果的分析研究，最终优化了一套工艺参数。

然后又从模头本体上截取尺寸为370 mm×145 mm×310 mm的试块，再次验证：试块经淬火、二次高温回火后从中部截取金相试样，制成纵、横向两磨面。经检测，结果为：显微组织为均匀细小的回火索氏体+极少量残留奥氏体+少量均匀分布的铁素体（按面积计算7%～8%，纵向呈条状分布，横向呈细小棱角状分布，整个试样分布均匀，未见网状），淬火晶粒度7级，硬度HB255～260（横截面取样从表面至中心的检测结果）。以此为依据确定了热处理工艺的温度T 、工艺保温时间I 、冷却方式、回火温度T 回，回火时间t 回，回火冷却方式。

为了确保零件精度，在机加工过程中合理安排了多次去应力处理，这也是关键工序内容。

4 结语

1Cr17Ni2钢制大型工件的热处理，因其材料的特性，致使热处理的工艺复杂。热处理后要得到良好的组织和综合机械性能，必须坚持对锻坯材料及锻后退火处理有所控制；同时热处理工艺是关键，选择适当的加热温度、加热时间、冷却方式、回火温度及时间、回火后的冷却方式等，可使调质后组织中获得不超过10%的铁素体及极少量的残留奥氏体，从而使零件获得较高的综合机械性能。

参考文献

[1] 陈德和.不锈钢的性能与组织[M].机械工业出版社，2008.

[2] JB/T6398—92，大型不锈、耐酸、耐热钢锻件[S].