1Cr12Ni3Mo2VN钢属于12%Cr型马氏体耐热特殊钢材，不同于常规的马氏体耐热特殊钢材，该材料中由于添加了较多的Ni、Mo、V、N等合金化元素，从而具有更好的塑韧性、高温抗氧化性和组织稳定性等。其中添加较多含量的Ni极大的改善了材料的韧性，Mo的加入既能够起到固溶强化的作用，又可以增强材料的持久蠕变性能，V则是强碳化物与氮化物形成元素，以细小弥散的碳化物和氮化物颗粒分布在马氏体基体中，起到沉淀强化的作用。该材料作为新型的马氏体耐热不锈钢，主要用于制造燃气轮机、蒸汽轮机、压气机机匣及航空领域零件。通过控制1Cr12Ni3Mo2VN马氏体不锈钢中C、Mn、Ni、N等奥氏体形成元素和Cr、Mo、Si、V等铁素体形成元素含量，经过适当的锻造及热处理过程控制，研究其金相组织、力学性能、奥氏体晶粒度和超声波探伤要求。通过控制筒形件的锻造、热处理等关键工序，积累了丰富的合理的制造工艺，为后续生产此类材质的产品，提供了详实可靠的依据和经验。

　　锻件技术指标

　　化学成分

　　冶炼方式采用电炉+电渣重熔或真空感应+真空电弧炉重熔工艺生产，化学成分应符合表1规定，残余元素含量应满足表2的要求。铬当量应不大于7.0，铬当量计算公式为：Creq=1Cr-40C-2Mn-4Ni+6Si+4Mo+11V-30N。

　　表1 1Cr12Ni3Mo2VN钢化学成分(wt%)

　　表2 1Cr12Ni3Mo2VN钢残余元素含量(wt%)

　　力学性能

　　1Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢筒形锻件以淬火+高温回火状态交货，在经热处理的纵向试样上检测力学性能，并符合表3、表4的规定。取样位置为本体1/2壁厚处，切取试样进行热处理。热处理制度如下：1025～1050℃，油冷;两次回火：565±20℃，空冷;重新加热到第一次回火温度20℃以下的温度，风冷或空冷。

　　表3 室温力学性能

　　表4 高温持久性能

　　微观组织

　　马氏体耐热钢筒形锻件高倍组织应该为回火马氏体，不规则分布的自由铁素体(δ-铁素体)含量不应超过1.5%，锻件平均晶粒度应为3级或更细，允许少量大晶粒存在，但其尺寸不应大于0.25mm。

　　超声波检验

　　锻件经加工后逐件进行超声波检验，满足HB/Z 59-1997中AA级验收要求。

　　锻件生产研制工艺

　　冶炼

　　技术条件要求控制δ-铁素体含量不大于1.5%，就必须在冶炼过程控制化学成分。在1Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢中，C、Mn、Ni、N等是奥氏体形成元素，Cr、Mo、Si、V等是铁素体形成元素。控制δ-铁素体含量的关键在于提高奥氏体形成的合金元素的含量，降低铁素体形成的合金元素的含量，因此，在实际生产时将C、Ni、N等促进奥氏体形成的合金元素控制在成分范围上限，将Cr、Mo、V、Si等促进铁素体形成的合金元素的含量控制在成分范围的中下限。采用电炉+电渣重熔方式冶炼，并锻制成棒料。棒料的化学成分见表5所示，残余元素含量见表6所示，实际材料的铬当量为2.58，满足技术要求。

　　表5 1Cr12Ni3Mo2VN钢棒料化学成分(wt%)

　　表6 1Cr12Ni3Mo2VN钢棒料残余元素含量(wt%)

　　锻造及锻后热处理

　　锻件经多次镦拔预制坯料、冲孔、芯轴拔长、马架扩孔和辗环等工序制成高筒件，锻造温度控制在850～1180℃，锻件镦粗比3.6。为防止马氏体耐热钢在锻后冷却过程出现裂纹等缺陷，产品成形后，炉冷至300℃进炉正火+回火处理，图1为1Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢锻件的正火+回火工艺曲线。图2为正火回火过程。

　　图1 锻件锻后正火+回火曲线

　　图2 1Cr12Ni3Mo2VN锻件锻后正火回火过程

　　热处理性能

　　将正火+回火处理后的锻件进行粗加工、探伤等处理，以确保淬火+回火处理前锻件不存在裂纹等缺陷，按照图3所示淬火+两次回火的热处理工艺进行性能热处理。淬火采用PAG淬火液按照液-空交替冷却的方式淬火，锻件冷却至表面300℃后空冷至低于100℃后，按照图3所示工艺参数进行回火，图4为锻件性能热处理过程。

　　图3 锻件性能热处理曲线

　　图4 1Cr12Ni3Mo2VN锻件性能热处理过程

　　锻件合格性检验

　　力学性能

　　从经过淬火+两次回火处理的锻件上切取样环，按照180°间隔制取室温拉伸试样和高温持久试样，并检测其力学性能，结果如表7所示，根据力学性能结果可知，按照图1和图3所述的热处理工艺处理后，锻件力学性能满足技术要求。锻件加工至发货尺寸后，在两端面和外径中间位置每隔90°检测一点硬度，结果如表8所示，满足产品要求(硬度要求：311～352HBW)。

　　表7 锻件力学性能

　　表8 锻件硬度(HBW)

　　显微组织

　　图5为1Cr12Ni3Mo2VN锻件金相组织，从图5中不难发现，当锻件化学成分满足表5和表6要求且铬当量为2.58时，按照图1和图3热处理方式处理后，锻件金相组织为回火马氏体组织，且组织中不存在δ-铁素体，即δ-铁素体含量小于1.5%。图6为锻件的奥氏体晶粒度图片，其奥氏体晶粒度级别在4.5级左右，尽管存在个别大尺寸晶粒，但大晶粒尺寸均小于0.25mm，满足技术要求。

　　图5 锻件金相组织

　　图6 锻件奥氏体晶粒度

　　结论

　　采用电炉+电渣重熔方式冶炼，通过控制C、Mn、Ni、N等奥氏体形成元素和Cr、Mo、Si、V等铁素体形成元素含量，当铬当量为2.58时，经过适当的锻造、扩孔、辗环和锻后热处理，按照1025～1050℃淬火(液—空交替冷却)+545～585℃一次回火+525～545℃二次回火处理，1Cr12Ni3Mo2VN高筒件的金相组织、力学性能、奥氏体晶粒度和超声波探伤结果均完全满足技术要求。
本文节选自《锻造与冲压》2019年第13期。