Przewodnik po kuciu stali nierdzewnej: Wyjaśnienie 3 najważniejszych typów

Stal nierdzewna to rodzaj stali wysokostopowej o niskiej zawartości węgla (zazwyczaj nieprzekraczającej 0,4% masy) i zawierającej różne pierwiastki stopowe (o udziale masowym pierwiastków stopowych większym niż 13%).

Stal nierdzewna jest podzielona na ferrytyczną stal nierdzewną, austenityczną stal nierdzewną i martenzytyczną stal nierdzewną w oparciu o jej strukturę matrycy. Stal nierdzewna charakteryzuje się wysoką odpornością na odkształcenia, niską przewodnością cieplną, dużą wrażliwością na przegrzanie i słabą kowalnością.

Kucie ferrytycznej stali nierdzewnej

Ferrytyczna stal nierdzewna zawiera niewielką ilość węgla, z masowym udziałem chromu od 16% do 30% (np. 20Cr13, 10Cr17 itp.). Ten rodzaj stali nie ulega transformacji strukturalnej podczas ogrzewania i chłodzenia i nie może wykorzystywać metod obróbki cieplnej w celu poprawy wytrzymałości lub udoskonalenia ziaren, tylko metody kucia mogą udoskonalić ziarna. Temperatura rekrystalizacji jest niska, szybkość rekrystalizacji jest szybka, ziarna mają tendencję do wzrostu podczas ogrzewania, a kowalność jest słaba. Kluczowe punkty procesu kucia ferrytycznej stali nierdzewnej są następujące:

1) Ziarno ferrytycznej stali nierdzewnej zaczyna rosnąć w temperaturze 600°C. Aby uniknąć zgrubienia ziarna podczas procesu nagrzewania, temperatura nagrzewania nie powinna być zbyt wysoka, a czas przetrzymywania nie powinien być zbyt długi. Powszechnie stosowany początkowy temperatura kucia wynosi od 1100 do 1150°C, a temperatura ogrzewania ostatniego płomienia nie powinna przekraczać 1000°C. Aby skrócić czas przebywania kęsa w wysokich temperaturach, należy go szybko podgrzać do początkowej temperatury kucia po powolnym podgrzaniu do 760°C.

2) Ponieważ ferrytyczna stal nierdzewna nie może wykorzystywać metod obróbki cieplnej do uszlachetniania ziaren, musi być w pełni kuta podczas kucia, aby uszlachetnić ziarna i zapewnić wystarczające odkształcenie i równomierne odkształcenie. Odkształcenie ostatniego pożaru powinno być większe niż 12% do 20%. Końcowa temperatura kucia powinna być niższa niż 800°C, aby zapobiec ponownej agregacji oczyszczonych ziaren. Jednakże, aby uniknąć utwardzenia spowodowanego zbyt niską temperaturą końcową kucia, temperatura końcowa kucia nie powinna być niższa niż 750°C.

3) Po kuciu stal powinna być chłodzona powietrzem, aby szybko rozproszyć się w strefie kruchości 475°C. Krótkotrwałe wyżarzanie w temperaturze powyżej 550°C (zazwyczaj 700 do 800°C) może przywrócić kruchą stal nierdzewną do jej pierwotnego, niekruchego stanu.

Kucie austenitycznej stali nierdzewnej

Udział masowy węgla w austenitycznej stali nierdzewnej jest mniejszy niż 0,25%, udział masowy chromu wynosi od 17% do 19%, a udział masowy niklu wynosi od 8% do 18%, np. 12Cr18Ni9, 17Cr18Ni9 itp. Austenityczna stal nierdzewna nie ulega transformacji strukturalnej po schłodzeniu, ani nie może wykorzystywać metod obróbki cieplnej w celu zwiększenia wytrzymałości i uszlachetnienia ziaren, można jedynie przeprowadzić odkształcenie termiczne kucia i rekrystalizację. Ziarna austenitycznej stali nierdzewnej mają tendencję do wzrostu w wysokich temperaturach, ale tendencja do wzrostu nie jest tak silna jak w przypadku ferrytycznej stali nierdzewnej.

Specyfikacje grzewcze dla austenitycznej stali nierdzewnej są podobne do tych dla stali ferrytycznej, przy czym początkowa temperatura kucia wynosi zazwyczaj od 1150 do 1180°C, a końcowa temperatura kucia nie powinna być niższa niż 850°C; w przeciwnym razie wytrącanie się węglików w strukturze zwiększa odporność na odkształcenia, powodując podatność na pękanie.

 Kluczowe punkty procesu kucia austenitycznej stali nierdzewnej są następujące:

1) Należy bezwzględnie unikać nawęglania podczas nagrzewania. Węgiel i chrom łatwo tworzą związki węglika chromu na granicach ziaren, co zmniejsza zawartość chromu w matrycy w pobliżu granic ziaren i zwiększa wrażliwość stali na korozję międzykrystaliczną. Ogrzewanie powinno odbywać się w atmosferze słabo utleniającej.

2) Podczas kucia wlewków stalowych należy rozpocząć od lekkiego prasowania. Dopiero gdy odkształcenie wlewka stalowego osiągnie 30%, można zastosować ciężkie prasowanie. Podczas kucia wlewek powinien być podawany w jednym kierunku, aby uniknąć wielokrotnego uderzania młotkiem w jednym miejscu, co zapobiega powstawaniu centralnych pęknięć krzyżowych.

3) Współczynnik kucia dla wlewków stalowych wynosi od 4 do 6, a dla kęsów od 2 do 4, w zależności od wielkości ziarna surowca. Wielkość ziarna austenitycznej stali nierdzewnej w znacznym stopniu wpływa na odporność stali na korozję. Aby uzyskać strukturę drobnoziarnistą, należy upewnić się, że ostatnie nagrzanie ma wystarczający współczynnik kucia, z wielkością odkształcenia większą niż krytyczny stopień odkształcenia dla rekrystalizacji.

4) Jednolite odkształcenie jest wymagane podczas procesu odkształcania, aby uzyskać bardziej jednolitą strukturę ziarna. W przypadku odkuwek okrągłych można rozważyć następujące środki:

• Użyj gładkiej platformy i powierzchni kowadła, w razie potrzeby nasmaruj;
• Rozgrzej platformę i powierzchnię kowadła do temperatury od 150 do 450°C;
• Dodaj podkładki ze stali niskowęglowej na obu końcach półfabrykatu dysku;
• Użyj kucia w stosie;
• Zastosuj przerywane ściskanie podczas odkształcania;
• Do spęczania należy używać obudowy.

5) Austenityczna stal nierdzewna ma szczególnie duży współczynnik skurczu. Gdy odkuwka ma swój ostateczny kształt, należy rozważyć większy współczynnik skurczu (1,5% do 1,7%), aby uniknąć złomowania kutego elementu z powodu niewystarczających wymiarów po schłodzeniu.

6) Chłodzenie powietrzem po kuciu. Austenityczna stal nierdzewna może być chłodzona powietrzem, wgłębieniem lub piaskiem po kuciu.

7) W celu ponownego rozpuszczenia węglików wytrąconych podczas procesu kucia i chłodzenia powietrzem do austenitu, uzyskując jednolitą i pojedynczą strukturę austenityczną w temperaturze pokojowej, stal nierdzewna powinna zostać poddana obróbce roztworu, tj. ogrzewaniu i utrzymywaniu w temperaturze od 1020 do 1050 ° C, a następnie chłodzeniu wodą. Temperatura nie powinna być zbyt wysoka, a czas przetrzymywania nie powinien być zbyt długi, aby zapobiec wzrostowi ziarna.

3. Kucie martenzytycznej stali nierdzewnej

Martenzytyczna stal nierdzewna ma ułamek masowy węgla od 0,1% do 4% i ułamek masowy chromu od około 12% do 14%, taki jak 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 itp. Ten rodzaj stali jest austenityczny w wysokich temperaturach i przekształca się w strukturę martenzytyczną po schłodzeniu do temperatury pokojowej. Ma wyższą twardość niż ferrytyczne i austenityczne stale nierdzewne, a jej wielkość ziarna może być udoskonalona, a właściwości mechaniczne poprawione poprzez obróbkę cieplną.

Temperatura nagrzewania martenzytycznej stali nierdzewnej nie powinna być zbyt wysoka, ponieważ zbyt wysoka temperatura może prowadzić do tworzenia się δ-ferrytu, zmniejszając plastyczność stali. Początkowa temperatura kucia wynosi zazwyczaj od 1100 do 1150°C. Ten rodzaj stali ma słabą przewodność cieplną, a szybkie nagrzewanie może łatwo spowodować pękanie. Dlatego przed osiągnięciem temperatury 850°C należy ją powoli podgrzewać, a dopiero po poprawieniu plastyczności można ją szybko podgrzać do początkowej temperatury kucia.

Ten rodzaj stali jest jednofazową strukturą austenityczną w wysokich temperaturach i nie ma specjalnych trudności w kuciu, ale należy unikać silnych uderzeń w zakresie od 900 do 950 ° C, aby zapobiec pękaniu. Wielkość odkształcenia ostatniego pożaru również nie ma specjalnych wymagań, a końcowa temperatura kucia wynosi zwykle około 900°C.

Jeśli ten rodzaj stali zostanie schłodzony w powietrzu po kuciu, natychmiast przekształci się w strukturę martenzytyczną. W kutym elemencie występują znaczne naprężenia termiczne, naprężenia szczątkowe i naprężenia strukturalne, które mogą łatwo prowadzić do pękania powierzchni. Dlatego po kuciu należy powoli schłodzić go w gorącym piasku lub w piecu, a następnie przeprowadzić wyżarzanie w odpowiednim czasie, aby wyeliminować naprężenia wewnętrzne i zmniejszyć twardość, ułatwiając obróbkę skrawaniem.