浅谈17―4PH沉淀硬化不锈钢

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Discussion on 1 7-4PH Precipitation Hardening Stainless SteelsUN Gui-hua.LIU Yan-qiu(Chengde High-mid Pressure Valve and Pipe Fittings Group Co.，Ltd.，Chengde Hebei 068150，China)Abstract：Analyze in-depth precipitation hardening principle of O5Cr17Ni4Cu4Nb stee1.Accordingto the particularity of the steel machining，forging and heat treatment process，improve the machiningand heat treatment process.Then analyze the possibility used as valve base materia1。

Key words：05Crl7Ni4Cu4Nb； precipitation hardening stainless steel； alloying element； heattreatm ent process05Crl7Ni4Cu4Nb是 GB1220-2007中规定的马氏体沉淀硬化不锈钢，通常简称 17-4PH。17-4PH 的特点是含碳量低，含 Ni和 Cr量高(表1)，所以耐腐蚀性好，它对大气及稀酸或盐都具有良好的抗腐蚀能力，其抗腐蚀能力与 304和430相差无 几。又 由于其 含有较 多 的.Cu和 Nb等合金元素，而这些合金元素能在热处理的金相变化中沉淀析出，强化晶粒组织结构，故又具有很高的强度和硬度。因此 17 4PH 在石油、化工 、核电阀门中得到大量 的应用 。

表 1 05Crl7Ni4Cu4Nb的化学成分1 05Crl 7Ni4Cu4Nb性能沉淀硬化不锈钢的力学性能，主要是靠热处理来调节实现的，因此此类钢的热处理工艺通常比较复杂，而且对热处理的加热温度和保温时间及冷却方式要严格控制。因为保温温度的差异、保温时间的长短及冷却速度的快慢将会使 17-4PH的力学性能产生很大的不同，见表 2。

表 2 O5cr17Ni4cu4Nb深沉硬化不锈钢热处理制度及其力学性能(GB1220-2007)收稿 日期 ：2012-12-27作者简介：孙桂华 (1972-)，女 ，河北承德人 ，工程师，从事阀门设计开发工作。

· 84· 化工设计通讯 第 39卷2 沉淀硬化原理分析2.1 机加 工煤化工、核电等行业使用的阀门中阀杆及阀瓣等零件经常使用的是 05Crl7Ni4Cu4Nb。由于'05Crl7Ni4Cu4Nb所具有 的特殊性能 ，沉淀时效处理后硬度可达 360 HB以上 ，相当于硬质合金的硬度，难于进行切削加工，常规加工的工序为 ，坯料-锻造-固溶处理-沉淀硬化时效处理- 粗加工-精加工。为了减少机加工的难度，降低制造成本，通常的加工工艺是在沉淀时效处理前先把零件加工至基本尺寸，沉淀时效处理后只进行微量的磨削加工，工艺流程为，坯料-锻造- 固溶处理-机加工(留小的余量)-沉淀硬化时效处理-磨削加工 。加工顺序为，粗车内部和外部尺寸，留出余量，粗磨精磨，与其他零件配研提高光洁度，保证密封性能。

2.2 锻 造17-4PH钢导热率低，作为阀座坯料其截面尺寸较大，需要加热较长时间才能达到锻造温度。为了缩短锻造坯料在高温炉中的停留时间，- 般需要在 820930。C的温度条件下预热2 h左右，然后将预热的毛坯放人高温炉中加热，当温度达到锻 造温度 (1 180～ 1 230℃)时，保温 约1.5 h后应立即出炉锻造，防止加热温度过高，工件过热、过烧现象。

在锻造温度下 17-4PH 钢的塑性差 ，变形抗力大，容易出现裂纹，应严格控制锻造温度，始锻温度 1 180℃，终锻温度 1 010。C，其锻造加热曲线如图 1。

赠图1 锻造加热温度毛坯加热 3～3.5 h达到 1 230 oC出炉，进行第-火锻造，若无异常，回炉加热 0.5 h后进行第二火锻造，也无异常，在 900～950℃下进行整平，以防飞边裂纹的产生。另外，在锻造过程中需使用冲子，冲头要有-定的锥度。为增加扩孑L效果，可以几个冲子叠加起来使用。

热处理 锻造后禁止快速冷却，以防止锻件开裂，应采用炉冷，坑冷或灰沙冷却。在 20Cr13上堆 焊 Stelite N06，表 面硬 度 测 试 结 果 为379 HB，而阀座的表面硬度与该硬度相差 50 HB以上，用 17-4PH钢试样进行热处理试验，其加热曲线如图 2所示 。

、 赠时间 ，h图 2 加热 曲线开始转变点2l℃变终点2℃用 1 040℃×1 h空冷、610℃×4 h空冷的方法进行热处理的 17-4PH钢 ，其硬度为 329 HB。

在锻造毛坯的热处理过程 中应注意马氏体开始转变点及时效处理温度。

转变点 17-4PH钢的马氏体开始转变点约121。C，转变终点约 32℃。阀 座属于大截面部件，应于 650℃预热，然后在高温炉中加热至 l040℃，保温 1 h空冷，快冷至 32℃以下，即空冷，水冷或油冷。为防止龟裂 ，多采用空冷 。

2.3 时效处理在时效处理时 ，有富铜相从马 氏体中析出，使钢产 生沉 淀硬 化，这 时，钢 件 收缩 率 为0.04 ～O.06 。越是精密的工件 ，热处理后对阀座进行机加工越要对此多加考虑 ，加热可以在大气或真空的环境下进行。如果在大气环境下 ，应该考虑表面氧化皮的问题 。在时效处理时，如时效温度为 610℃左右 ，工件即使在海上恶劣的环境条件下使用，也不会出现应力腐蚀开裂现象，即兼有消除应力热处理作用。若时效温度为620℃，在含 H。S的酸性氯化溶液中，其耐应力腐蚀开裂性能比其他沉淀硬化不锈钢更优越。

图 3是 05Cr17Ni4Cu4Nb零件在核电阀门中使用时的热处理规范。

通过 对 05Crl7Ni4Cu4Nb的热处理 工艺 和此类钢的沉淀硬化原理进行深入分析，沉淀硬化钢由于合金元素的含量较高，长期放置会产生自第 2期 孙桂华等 ：浅谈 17-4PH 沉淀硬化不锈钢 · 85 ·然时效，使其内部的合金元素向晶界处聚集，造成对原始晶玲构的强化，使得零件在热处理后没有产生相应的力学性能变化。对此采用两次固溶处理加深时效 (图 4)的热处理方法来 消除05Cr17Ni4Cu4Nb原始状态不好所带来的不利影响。增加-次固溶处理的效果相当于多-次预处理，不但可以消除原来不良的组织结构，匀化合金元素的分布 ，而且可以进-步增加奥氏体的稳定性，细化奥氏体晶粒，使后面的热处理能顺利进行。这样可使固溶处理的效果达到最佳。

赠时间 /rain图 3 05Cr17Ni4Cu4Nh的热处理工艺3 结 语由于 O5Cr17Ni4Cu4Nb的合金元素含量较高，在材料前期轧制和锻造时容易形成不良的组织 ，在热处理工艺 中增加-个预处理过程，可解决沉淀时效时无强化变化的问题 ，改进过的工艺在以后的生产中～直很稳定。

赙时间/min图 4 改进后的热处理工艺在高负荷的滑动面，可在其中-个表面上堆焊-层硬金属或者其中-个面采用沉淀硬化不锈钢 。多 次 试 验 表 明，在 其 表 面 堆 焊 StelliteNO.6合金后硬度为 397HB，17-4PH 阀座的表面硬度在 329 HB以下，保证密封副差值大于 5OHB。17-4PH 时效 处理后有 较高 的硬 度 ，因此用作阀座和阀盘等耐磨擦部件时，可以减少抱死现象的发生，17-4PH钢热处理后实现了马氏体富铜钼强化 ，达到阀座的力学性能，其硬度在329 HB或以下 ，能满足摩擦 副硬度相差 5O HB以上的要求 。

I◆IIl◆ lII◆ l I◆ lIl◆ I I◆ j◆I◆ ◆ 川 ◆ l◆ 1.1Il◆ II◆ i◆ ◆ l◆l◆ l◆ lIIf◆ lII◆ ◆l◆ I◆ l◆ lII◆ j◆I◆ I1◆ Il◆ III◆ l I◆I◆ ◆ I I◆ I◆ I◆llIl◆ l◆ I◆l◆ lI◆ II◆ l◆ i◆川l◆ l◆(上接第 82页)表 4 LW-25/42实际运行参数(改造后 )压力从常压提高到 3.5 MPa)。显然，现压缩机的实际流量大于原压缩机设计的公称流量。

本次改造保留了原电机，当压缩机空负荷试车时，电流表显示电机电流为 2OO A；当满负荷运行(即排气压力达到 3.5 MPa)时，电机电流为550A～以上数据同改造前的数据比较，可以发现改造后功耗低于原压缩机实际功耗。

改造后压缩机从 8月中旬投入生产，到目前为止，累计运行-年半，各易损件使用寿命均有较大的延长，其中，各级活塞环、支承环使用寿命不低 于3 000 h；各级气 阀使用 寿命不低 于6 000 h；各级填料使用寿命不低于 8 000 h。

从上面的数据我们可以看出，本次对 Lw-25/42型空气压缩机取消平衡段的改造 ，既增加了该压缩机的流量，降低了该压缩机的功耗比，又改善了该压缩机易损件的工作环境，延长了它们的使用寿命，达到了预期的目的。

5 结 语理论依据充分，准备工作充足，在丰盛食品饮料有限公司大力支持下，本次改造取得了理想的效果。随后，受广州源丰食品饮料有限公司、辅标致食品饮料有限公司等用户委托，我们先后对 LW-16/40、Lw-20/35型空气压缩机进行了同样的取消平衡段改造。从 2010年开始第-台 LW-25/42空气压缩机改造以来，至今我们已改造了 Lw-25/42空气压缩机 16台、LW-16/40和 LW-20/35型空气压缩机各 5台，均取得了圆满成功，受到了厂家的-致好评。