封頭不銹耐熱鋼按其鋼材內部組織特征可分奧氏體型、鐵素體型、馬氏體型和沉淀硬化型四類(lèi)。耐熱不銹鋼不能進(jìn)行淬火回火，它的強度只能通過(guò)冷作硬化及合金元素強化成沉淀硬化等方法獲得。不銹鋼和耐熱鋼緊固件的熱處理，大都采用企業(yè)標準或各單位的專(zhuān)用工藝文件進(jìn)行加工。

由于對熱處理工藝規范、設備、工藝、質(zhì)量控制及檢驗的有關(guān)方面較嚴格，為提高不銹鋼、耐熱鋼緊固件的發(fā)展和品質(zhì)提升，現進(jìn)行以下分析。

1.鋼材分析

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼是奧氏體型耐熱不銹鋼，也可稱(chēng)為高溫合金。該鋼退火狀態(tài)下塑性和韌性較好，可以進(jìn)行冷鐓成形，切削加工性能和熱處理性能良好，可使用到650-700℃，用于耐熱、耐腐蝕的受力的發(fā)動(dòng)機殼體螺栓完全可行，具有高強度、高抗松弛性、低缺口敏感性、一定的持久強度、良好的抗氧化性。

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼可作為耐熱鋼使用，也可以當作高溫合金使用。在GB/T14992-1994中高溫合金牌號為GH2132，相當于美國AISI/ASTMA638標準中為660鋼和日本JISG4315標準中的SUS660鋼。

奧氏體型不銹鋼0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼可作為耐熱鋼使用，這是由于奧氏體的再結晶溫度高，鐵和其它元素的原子在其中的擴散系數小，故其強化穩定性比鐵素體高，壓力表緩沖管用于工作溫度高于650℃的發(fā)動(dòng)機耐熱緊固件多系奧氏體材料，是以?shī)W氏體型不銹鋼為基礎添加一些熱強性的合金元素而成。它們既可作為耐蝕性使用，也可作為耐熱鋼使用。

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼含有大量的奧氏體穩定化元素，如鉻、鎳、鉬、鈦等合金元素。鉻、鎳在奧氏體型耐熱鋼中，能提高其抗氧化性；鉬能提高奧氏體型鋼的熱強性；鈦是比鉻更易與碳結合形成穩定碳化物的元素，鈦含量1.90%可以使大部分的碳存在于鈦的碳化物之中，從而改善鋼的抗晶間腐蝕能力。合金添加中有Al等元素，這種材料經(jīng)過(guò)高溫處理，并進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的時(shí)效后，在組織中析出一種彌散的金屬化合物，從而使該材料的抗拉強度提高。

2.工藝設計

發(fā)動(dòng)機排氣歧管用六角頭螺栓，規格M8*20、M8*45，要求機械性能>7T級,硬度25HRCmin，抗拉強度Rm>780MPa。為此，我們進(jìn)行了熱處理工藝探索。熱處理工藝試驗參考國外相關(guān)工藝，修正某些參數，獲得符合要求的機械性能。同時(shí)，根據工廠(chǎng)的生產(chǎn)現狀，進(jìn)行一些必要的摸索，耐磨管道確定我們的生產(chǎn)方式與可行的熱處理工藝。

生產(chǎn)工藝流程

備料—固溶—冷鐓—再結晶退火—去應力回火—切六角頭—搓絲—清洗—穩定化處理—時(shí)效—著(zhù)色上蠟。

冷鐓用耐熱0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼絲牌號化學(xué)成分符合GB/T1221或GB/T14992標準，固溶狀態(tài)交貨，室溫硬度≥200HRW。為了達到M8螺栓絲坯尺寸φ7.02-φ7.05必須經(jīng)過(guò)材料高溫拉拔，這時(shí)材料硬度可達到38HRc以上，不能進(jìn)行冷鐓成型，應進(jìn)行固溶處理，以達到軟化的目的。

固溶

成品絲固溶溫度采用990±10℃保溫1.5h,然后水冷。固溶處理，就是將剛加熱至高溫，使碳化物得到充分溶解，然后迅速冷卻，得到單一奧氏體組織。經(jīng)固溶處理后，硬度低、塑性韌度良好，硬度在17-20HRc，這時(shí)加工成型性能好。

固溶處理采用井式滲碳加熱爐RQ3-90-9D設備。通常耐熱鋼熱處理保護氣氛主要是氬氣，但氬氣難以購買(mǎi)。一般可用放熱式氣氛或氮基氣氛，我們采用甲醇20-40d/min和氨氣0.15L/h、或氮氣0.30L/h保護，滴控式裝置控制。(以下再結晶退火830-850℃加熱；穩定化處理830-850℃加熱，工序操作同)。

該鋼材固溶處理加熱時(shí)多采用預熱或分段加熱，由于螺栓絲坯直徑較小，加上形狀簡(jiǎn)單，可在爐溫到達工藝溫度≤100℃(約900℃加熱)時(shí)入爐。

由于井式滲碳加熱爐分上、下區控溫，當爐內所有熱電偶指示溫度都達到工藝溫度(990℃)時(shí)，開(kāi)始計算保溫時(shí)間90min。

再結晶退火

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼制M8*20、M8*45六角頭螺栓是采用二模二沖(雙擊整模)冷鐓機生產(chǎn)，冷鐓成型后冷作硬化傾向比較大，可調縮孔必須進(jìn)行再結晶退火，溫度830-850℃、保溫2-3h，使用設備RQ3-90-9D，采用甲醇20-40d/min和氨氣0.15L/h、或氮氣0.30L/h保護。在該溫度下加熱時(shí)碳化物沿晶界及滑形線(xiàn)析出，硬度下降。后續再去應力回火700-710℃，保溫2-3h，硬度在19-23HRc。雖然比冷鐓后硬度只是略有下降，但由于奧氏體晶粒進(jìn)行再結晶退火后，在沖床切六角頭邊時(shí)容易斷屑，抗變形能力下降，Cr12MoV鋼切邊模使用壽命可達2萬(wàn)件以上。

后的熱處理工藝

六角頭螺栓經(jīng)搓絲完工，要經(jīng)過(guò)清洗用堿性溶液洗凈磷化膜，便于在熱處理后著(zhù)色(近似發(fā)黑顏色)。

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼合金元素鉻、鎳含量相對較低，故抗氧化的溫度僅在800℃以下，但是含彌散強化相形成元素(V、Al、Ti)量相對較高，在固溶體基體上可形成化合物強化相，罩型通氣管所以常用熱處理形式為固溶處理+時(shí)效。通過(guò)固溶處理，可以使合金固溶強化；通過(guò)時(shí)效處理，可以使合金析出細小強化相〔VC、Ni3Al、Ni3Ti、Ni3(Al﹒Ti)〕碳化物，從而提高室溫和高溫強度。

在固溶處理后螺栓經(jīng)過(guò)前幾道工序加工，為了獲得一定數量的碳化物使鋼強化必須進(jìn)行調整處理，我們采用830-850℃穩定化處理工藝，在此溫度范圍內，Cr23C6碳化物將溶解，保溫5h水冷或采用噴水冷卻，以快速通過(guò)析出碳化物的溫度區間，而TiC、VC碳化物仍然穩定，由此提高螺栓的抗晶界腐蝕能力。

不論經(jīng)過(guò)何種調整處理后，螺栓還需進(jìn)行時(shí)效處理，它是使鋼強化的途徑，由固溶體中析出彌散碳化物質(zhì)點(diǎn)而使鋼硬度提高。時(shí)效溫度選擇690-710℃，保溫12-16h空冷。

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼固溶并時(shí)效處理后的顯微組織為奧氏體+彌散化合物，化合物量約為2.5%。

上述工藝試驗的結果表明時(shí)效處理的溫度和保溫時(shí)間對終力學(xué)性能的影響甚小，時(shí)效處理溫度確定為700℃*12h。0Cr15Ni25Ti2MoAlVB鋼在熱處理過(guò)程中，籃式過(guò)濾器對溫度的要求相對敏感，特別是固溶處理溫度控制在±5℃，盡量偏下范圍。原材料拉拔后，晶粒粗大對成品螺栓外徑略有影響，在后時(shí)效后，會(huì )造成外徑尺寸偏小。因此，原材料晶粒度不得粗于4級。