由于9Cr18Mo不锈钢导热性差，合金元素含量高，锻造温度窄，加工难度大，极易出现由于锻造温度过高，保温时间过长而造成锻造组织粗大，并产生孪晶组织。孪晶组织具有极强的遗传性和稳定性，退火和淬火处理都难以消除。为此，对已产生锻造孪晶组织的9Cr18Mo不锈钢轴承零件进行工艺试验，研究通过热处理方法去除9Cr18Mo不锈钢轴承零件的锻造孪晶组织的可行性。
将锻造退火后有孪晶碳化物的不锈钢轴承外圈（图1）按以下工艺进行正火。在热处理炉中随炉升温至1120℃保温1.5h后出炉，散开吹风空冷至室温，然后在RJX-60-9炉中按不锈钢退火工艺进行退火（退火工艺为910℃保温2h，然后每小时降温30℃，降至550℃出炉空冷），结果发现30％的套圈仍有孪晶组织（见图2）。 正火加热时，将小晶粒还原成原来的奥氏体晶粒，且空间取向基本上没有多大的变化。正火冷却时，一颗奥氏体晶粒又再次重新分割成若干小晶粒。这样，正火前（即锻后）原来粗大的奥氏体晶粒经正火后形式上虽细化了（分割成许多小晶粒），但实质上由于许多小晶粒的位向与原来的奥氏体晶粒一致，在位向和大小上都继承了原始粗大晶粒，所以，孪晶组织只有极少一部分减轻，而绝大部分保留遗传下来。正火只能去除比较轻的孪晶组织?而要将所有的孪晶组织去除是不可能的。 将3件退火检查出有严重孪晶组织（图3）的不锈钢轴承外圈在RJX－60炉中进行低温分解，工艺为690℃保温3h?出炉空冷至室温；然后再一次690℃保温3h，出炉空冷至室温；随后在RJX－50－13炉中进行正火，工艺为：随炉升温至1120℃保温1.5h后出炉?散开吹风空冷至室温；最后将3件外圈按不锈钢退火工艺进行退火。结果发现3件不锈钢轴承外圈孪晶碳化物全部消除（见图4）。 通过以上的试验结果可知：①采用690℃二次低温分解,可使奥氏体全部分解。②加热到正火温度后铁素体转变为奥氏体再次发生相变,由于温度不均匀引起微区应力与变形,从而发生高温形变再结晶，可破坏原奥氏体顽固晶界，消除粗大孪晶组织。但是，这种工艺却不能消除特别严重的锻造孪晶组织。 将4件有特别严重孪晶组织的不锈钢内圈（图5）进行工艺试验。在RJX－60炉内进行三次低温分解，工艺均为690℃保温3h，出炉空冷至室温；然后在RJX－50－13炉内进行正火，工艺为：随炉升温至1110℃保温2h 后出炉，散开吹风空冷至室温；再将4件内圈按不锈钢退火工艺进行退火。检查退火组织发现，2件合格，2件有孪晶组织，但已将原来严重的孪晶组织大大改善，仅在局部仍有极小的孪晶碳化物（见图6）。
从以上的试验结果可知：对于特别严重的孪晶组织，即使增加低温分解次数，反复进行相变，也不能将孪晶碳化物组织全部消除。
三次低温分解＋1130℃正火＋一次低温分解＋1100℃正火
为保证将所有的孪晶组织去除，重新制定工艺。从9Cr18Mo 钢的Fe－Cr－C 金相图可知：经低温分解后组织为铁素体α＋二次碳化物（Fe、Cr）23C6，在900～940℃之间铁素体α向奥氏体γ转变，转变后的组织为γ＋（Fe、Cr）23C6，奥氏体γ相以弥散碳化物K 为核心形核并长大。按热力学晶核应无序自由长大，从而破坏原晶粒位向关系，若要使新长大晶界巩固，必须经历长时间等温，使新晶粒达到稳态。然后将γ＋（Fe、Cr）23C6快速升温到γ＋一次碳化物（Fe、Cr）7C3 区即高温正火，从而发生高温形变再结晶，破坏原奥氏体顽固晶界，消除孪晶组织。为保证完全去除孪晶组织再增加一次低温分解＋正火工艺，以达到反复相变、细化晶粒、提高冲击韧性的目的。 将144件不锈钢外圈及144件不锈钢内圈采用以下工艺进行试生产。在RJX－60炉中进行三次低温分解，工艺均为690℃保温3h，出炉空冷至室温。然后在RJX－50－13炉内进行正火，工艺为：随炉升温920℃保温2h，然后升温至1130℃保温1.5h 后出炉?散开吹风空冷至室温。共加工6炉?每炉24件。再将正火后的内、外圈在RJX－60炉内进行低温分解，工艺为690℃保温3h，出炉空冷至室温；然后重新在RJX－50－13炉内进行正火，工艺为随炉升温920℃保温1.5h，再升温至1100℃保温1h 后出炉，散开吹风空冷至室温；最后再将内、外圈按不锈钢退火工艺进行退火。每炉抽检15件，检查其退火组织全部合格?没有孪晶碳化物组织（见图7）。
（1）对于锻造退火后比较轻的孪晶碳化物，可采用二次低温分解＋正火工艺消除孪晶碳化物组织。（2）对于锻造退火后非常严重的孪晶碳化物，采用三次低温分解＋1130℃正火工艺＋一次低温分解＋1100℃正火工艺消除孪晶碳化物。
来源：瓦房店轴承集团公司
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