奥氏体不锈钢锻件晶粒度影响因素分析摘要：奥氏体不锈钢是核电设备的常用材料，根据设计规范安全级别高、压力高的阀门常选用奥氏体不锈钢锻件作为阀门承压件制造规范对其化学成分、力学性能、晶间腐蚀、金相检验做了明确的要求通过对奥氏体不锈钢锻件晶粒度影响要素的分析，对后续核电设备制造、采购中控制奥氏体不锈钢锻件的质量控制具有一定意义1. 关键字：奥氏体不锈钢；晶粒度；锻造比；质量控制奥氏体不锈钢在核电阀门中的应用1.1 奥氏体不锈钢在核电的应用奥氏体不锈钢是核电设备的常用材料，其具有优良的耐腐蚀性能、抗高温氧化性能、机械加工性能及较好的低温力学性能，且具有较低的辐照敏感性，由于其优良的性能，其在核电设备中具有广泛应用1.2 奥氏体不锈钢在核电设备的应用在核电站选材中，选用较多的是Z2CN19-10NS、Z2CND18-12NS对于一回路阀门承压件,采用Z2CN19-10NS、Z2CND18-12NS的锻件制造，这两种在奥氏体不锈钢中属于性能最好的两类，后者高温性能更加优良在技术规范中都对材料的化学成分、力学性能、晶间腐蚀、金相检验提出了明确的要求2. 晶粒度对奥氏体不锈钢的影响2.1晶粒度概念晶粒度是用来表示晶粒大小的尺度。
GB/T6394—2002规定了钢的晶粒度测定方法在钢铁材料中，常见的就这8个级别，其中1〜3号被认为是粗晶粒，4〜6号为中等晶粒，7〜8号为细晶粒2.2 晶粒度对奥氏体不锈钢性能的影响对于金属的常温力学性能来说，一般是晶粒越细小，强度和硬度越高，同时塑性和韧性也越好晶粒越细，塑性变形也越可分散在更多的晶粒内进行，使塑性变形越均匀，内应力集中越小；而且晶粒越细，晶界面越多，晶界越曲折；晶粒与晶粒中间犬牙交错的机会就越多，越不利于裂纹的传播和发展，彼此就越紧固，强度和韧性就越好经试验和研究表明，晶粒度越大、晶粒越细，金属在高温状态下的强度、韧性、塑性都有所降低；晶粒越细，晶间腐蚀越迅速；晶粒越细，高温疲劳寿命越低；在特殊情况下也需要考虑其高温性能和耐腐蚀性能3. 奥氏体不锈钢锻件的制造工艺介绍阀门厂制造所用的奥氏体不锈钢锻件，采用自己生产和外购两种方式无论阀门厂制造或者外购，锻件制造工艺一般分为如下步骤：冶炼、熔炼分析、锻造、热处理、取样、化学/力学/晶间腐蚀/金相检验、机加工、尺寸检验、PT检验、UT检验真正影响金属性能的就冶炼、锻造、热处理3.1 冶炼技术规范要求使用碱性电弧炉并经精炼工艺冶炼或更好的工艺冶炼，需满足熔炼分析。
一般制造厂选用电炉+电渣重熔方式冶炼成钢锭3.2 锻造技术规范要求奥氏体不锈钢的总锻造比应大于3.5制造一般会制定详细的锻造工艺，规定时段温度、终锻温度，低于终锻温度时需要再进行加热重新达到始锻温度再进行锻造，重进加热次数即火次，具体操作时分火次进行锻造，每次锻造会有相应的锻造比3.3 热处理技术规范要求奥氏体不锈钢需要以固溶处理状态交货固溶处理的加热温度为1050°C〜1150°C，保温阶段的温差应不超过±10°C制造厂一般会根据实际情况制定热处理工艺进行执行4. 奥氏体不锈钢晶粒度晶粒度影响因素目前技术条件下冶炼中各化学元素含量一般能够做到精确控制符合技术规范要求奥氏体不锈钢在加热和冷却过程中无同素异构转变，也不通过热处理改善晶粒组织奥氏体不锈钢锻件晶粒度控制主要靠锻造的热力参数来控制4.1 初锻温度、终锻温度选择奥氏体不锈钢在温度超过1000C时晶粒获得较大能量开始发生聚集再结晶，晶粒开始增大，超过1200C急剧增大，在锻造及热处理时不宜将温度加热至过高温度奥氏体加热至1150°C~1180°C，合金元素即可充分溶解，形成单一的奥氏体组织，变形抗力减小，热加工性良好，故一般选择1150°C~1180°C为初锻温度，不能将锻件加热至更高温度。
奥氏体不锈钢在900°C~1050°C，在受挤压形变时会发生明显的动态再结晶，如果锻造时温度过低（动态再结晶温度以下），使动态再结晶的驱动力不够，则在锻造时不能发生完全动态再结晶甚至不能发生动态再结晶，则会导致晶粒度粗细不均匀若工艺制定终锻温度过高则由于锻造时的冷却对于大锻件需要多火次锻造，多火次效率降低，且每火次锻造比不高也影响产品质量，故终锻温度不能过低，也不宜过高，一般不低于850C，小的锻件可适当增大至900C可见奥氏体不锈钢的可锻温度区间是比较窄的，1180C~850C4.2 火次、锻造比奥氏体不锈钢裂变敏感性强，故锻造一般采用小变形量的镦拔变形过程，多次镦拔防止出现过大的拉应力，产生拉裂奥氏体不锈钢可锻温度区间比较窄、热锻过程中降温快，低于终锻温度时需要再进行加热重新达到始锻温度再进行锻造，重新回炉加热再锻造即分火次锻造，重新加热至始锻温度时晶粒会再次长大，在可锻温度区间内，奥氏体不锈钢在不断形变中大的晶粒组织发生动态再结晶，通过多次锻打获得较细的晶粒组织，故在生产中最后一火的形变量即锻造比对于锻件的晶粒度起决定性因素加热曲线奥氏体不锈钢在高温段会产生铁素体，所以将加热时将锻料加热至初锻温度1150〜1180C的保温时间不宜过长，保证均匀透烧即可。
这样不仅可以减少铁素体的量，改善偏析，而且降低热加工时的变形抗力，温度不是太高能够防止发生聚集再结晶导致晶粒粗大综上，选择适当的预热曲线、合理的初锻温度和终锻温度、保证最后一火锻造比，是决定奥氏体不锈钢锻件晶粒度的关键锻件生产中，预热曲线、初终锻温度一般是比较成熟的工艺，最后一火锻造比是由生产方的锻造能力决定的，锻造压机吨位大小起决定性作用阀门生产锻件作为外购件采购时对生产商锻造能力的判断也可根据压机大小、最后一火能达到的锻造比来进行判断其锻造能力5. 监造过程中的质量控制核级阀门一般对于安全级别高的阀门生产制造质量计划都设置了较多的质量控制点，以确保设备生产过程中的质量控制采用奥氏体不锈钢锻件作原材料的阀门一般为核一级高磅级的阀门，其原材料的质量控制是后续设备质量的基础，在监造质量控制中显得非常重要一般对于原材料化学成分、力学性能、晶间腐蚀、金相检验的步骤制造厂和监理都设置了质量控制点在见证过程中要确保各项检验结果要求符合技术规范的要求在锻件原材料的化学成分、力学性能、晶间腐蚀、金相检验中，前三项都有准确明晰的试验结果和判断标准，而金相检验的晶粒度判断则会较为主观判断时一方面要注意不遗漏大晶粒、不故意选择合格视场高判晶粒度，也要注意不能过于保守，将个别晶粒度大的锻件判定为不合格。
一般判断时大晶粒占比较高、晶粒度不均匀超过2级则应果断判断不符合标准6. 结论本文根据奥氏体不锈钢锻件的特性并通过对多个生产厂的生产工艺及产品质量进行分析，得出奥氏体不锈钢锻件晶粒度影响因素为：锻造预热曲线、初锻温度和终锻温度、最后一火锻造比通过比较分析出对锻件生产厂制造能力的判断决定因素，能够对后续阀门厂生产、外购奥氏体不锈钢锻件进行指导通过对晶粒度判断标准进行分析，在实际晶粒度判断中不高判、不低判，通过贯彻各项标准、技术规范要求，来确保核电设备的质量。