CN101509056A - 一种沉淀硬化马氏体不锈钢fv520b的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，具体地说是将沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B在较高温度进行短时间回火，之后采取缓慢冷却的方式，使得该沉淀硬化马氏体不锈钢具有优良的韧性和强度组合，解决该钢现有的热处理工艺高温回火强度低，而低温回火韧性低，高强度和高韧性不能兼得的问题。

Description

一种沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，具体地说是将沉淀硬化马氏体在较高温度进行短时间回火，之后采取缓慢冷却的方式，使得该沉淀硬化马氏体不锈钢具有优良的韧性和强度组合。
背景技术
低碳沉淀硬化马氏体不锈钢，因其易于加工、强度高、韧性良好，具有优良的耐蚀性能和焊接性能，还具有良好的冲击韧度和较大截面上理想的横向性能，被广泛应用于齿轮、螺栓、轴、轮盘、叶片、转子、泵件等场合。国际上已成功制造出性能优良的该类马氏体不锈钢的各种部件，但由于技术保密等原因，热处理关键技术的细节不得而知，文献报道的参数也往往由于范围过宽不具有参考价值。我国在航天和压缩机等领域的一些关键部件大量采用该类钢。
沉淀硬化马氏体钢的热处理工艺对其组织和性能起着决定性作用。一般地，其高强度主要通过Cu、Nb、Mo等强化元素在时效过程中析出8-Cu、NbC、Mo2C、M7C3、M23C6等强化相来获得。目前该类钢所采用的热处理制度为淬火加回火的工艺方法，回火制度主要有两种，一是在400-470℃(Ac1以下)进行低温回火，得到马氏体+弥散细小的强化相组织，获得较高的强度；一是在580-650℃(Ac1以上)进行较高温度回火，这时由于回火温度在Ac1(约580℃)以上，室温下组织中可以得到少量逆变奥氏体，逆变奥氏体的存在大幅度提高钢的韧性，但是高温下，析出相尺寸长大，降低合金的强度。因此，一般而言，各用户根据需求，只能选择其中一种回火制度，获得高强度或高韧性而牺牲另一性能。根据文献报道，目前没有一种热处理制度可以同时使得该钢获得高强度和高韧性。
发明内容
本发明的目的是提供了一种沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，使该钢具有优良的韧性和强度组合，解决该钢现有的热处理工艺高温回火强度低，而低温回火韧性低，高强度和高韧性不能兼得的问题。
本发明提供了一种沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，将沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B进行正火和较高温度短时间回火处理后，采取缓慢冷却的方式。
本发明提供的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，包括以下步骤：
(1)对钢进行正火处理，处理方法为：将待处理的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B材料放入退回炉中，加热至高于Ac3(Ac3约为800～830℃)200℃以上使完全奥氏体化，即1050±10℃进行正火，保温1-2小时(保温时间应根据材料厚度)，然后水淬；
(2)对钢进行回火处理，处理方法为：将(1)处理完成的沉淀硬化马氏体不锈钢材料放入退回炉中，加热至高于Ac1(Ac1约为570～600℃)形成回火马氏体加逆变奥氏体的混合组织，即630±10℃进行回火，透烧后保温5-60分钟(透烧时间应根据材料厚度)，然后随炉冷却至室温。
本发明提供的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，所述高温回火温度为Ac1以上20～50℃。
本发明提供的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，所述回火透烧后短时保温的时间优选为10-15分钟。
本发明选择较高温短时回火，即回火温度选择Ac1以上20-50℃，由于该钢的逆变奥氏体是以切变形式形成，因此形成速度较快；而其强化相的析出和长大需要时间进行扩散。这样的高温短时处理，既可以获得逆变奥氏体组织，同时在回火又不会造成强化相的大量析出。强化相主要在缓冷过程中析出，由于温度较低，不会发生异常长大，保证了强化效果。
同现有技术比较，本发明具有以下特点：
(1)本发明FV520B选择高温回火，即回火温度选择630±10℃，不仅有逆变奥氏体组织生成，同时还有强化相的析出；而以往文献给出FV520B钢的回火温度选择400℃左右，只有利于强化相的析出。
(2)本发明回火选择短时时效，即透烧后保温10-15分；而以往文献给出FV520B钢时效是长时间时效，时间为1-2小时。
(3)本发明选择随炉冷的冷却方式。而以往文献给出FV520B钢是空冷方式。
本发明具有以下突出优点：
(1)本发明的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B钢的热处理方法，产生一定量的逆变奥氏体组织生成和一定量的强化相析出，使钢强度和韧性同时获得了提高。
(2)由于材料时效时间较短，避免了因析出的强化相长大而产生材料强度下降，而且逆变奥氏体组织含量在时效过程中稳定。
(3)本发明的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B钢的热处理方法，使FV520B钢热处理节能并省时。
(4)本发明为沉淀硬化马氏体不锈钢的实际应用，提供了热处理技术的理论基础。
具体实施方式
实施例1
选取一块FV520B沉淀硬化马氏体钢的钢材，该钢的主要成分见表1。钢的原始态为厚度为(11)mm的锻造板材，经热膨胀仪测试，该钢的相变特征温度为：Ac1、Ac3、Ms见表2。根据此，对钢合金分别进行不同温度和冷却方式的回火处理，比较其拉伸性能和冲击性能。
表1 FV520B沉淀硬化马氏体钢的主要成分
 
元素 C Si Mn S P Ni Cr Cu Mo Nb
含量 0.042 0.335 0.579 0.0016 0.017 5.540 13.80 1.560 1.470 0.391
表2 FV520B沉淀硬化马氏体钢的相变特征温度
 
临界点 Ac1 Ac3 Ms
温度℃ 589 847 180
热处理的工艺如下：
(1)将待处理的FV520B沉淀硬化马氏体不锈钢材料试样放入退回炉中，加热至高于Ac3 200℃以上至完全奥氏体化，即1050±10℃进行正火，保温1-2小时，然后水淬。
(2)将正火水淬后的FV520B沉淀硬化马氏体不锈钢材料试样放入热处理炉中，加热至高于Ac1以上20-50℃形成回火马氏体加逆变奥氏体的混合组织，即630±10℃进行回火，然后，一种透烧后保温5、15、60分钟，随炉冷却至室温；一种透烧后保温15分钟，随炉冷却至450℃再保温1小时后，空冷至室温；一种透烧后保温15分钟，随炉冷却至室温后，再加热至450℃保温1小时后空冷至室温。韧性和强度实验结果见表3和表4。
表3 韧性实验结果
 
Ak-v(J) ak-v(J/cm2)
450℃ 2h冲击(室温) 19 32
630℃ 5分钟冲击(室温) 57 95
630℃ 15分钟冲击(室温) 62 102
630℃ 60分钟冲击(室温) 99 123.5
630℃ 15分钟至450℃ 1h冲击(室温) 65 115
630℃ 15分钟(室温)+450℃ 1h冲击(室温) 64 113
表4 强度实验结果
 
σ0.2N σbN δ％ Ψ％
450℃ 1173 1273.6 16.8 63
630℃ 5分钟 1087 1112.5 19.6 63
630℃ 15分钟 1141 1162.2 25.6 65
630℃ 60分钟 779 989.85 20.2 67.3
630℃ 15分钟冷至450℃ 1h 1016.6 1065.5 19.6 53
630℃ 15分钟(室温)+450℃ 1h 1016 1067 19 53
结果分析：
对比表3和表4的数据可以看出，经过Ac1以下450℃回火处理的试样，其强度较高，屈服强度约为1173MPa，抗拉强度约为1274MPa；而韧性较低，V型缺口下，冲击韧性32J/cm2，冲击功19J。经过630℃回火处理1小时的试样，其强度较低，屈服强度约为779MPa，抗拉强度约为989MPa；而韧性较高，V型缺口下，冲击韧性123.5J/cm2，冲击功99J。
这主要是与合金在不同热处理制度下产生的组织有关：450℃回火处理的试样，尤其处理温度在Ac1以下，回火后的试样中经X射线和扫描电镜分析，不含逆变奥氏体，而合金中含有大量细小弥散的富Cu强化相，导致其高强度、低韧性；而630℃保温1小时回火处理的试样中含有约22％的逆变奥氏体，逆变奥氏体在冲击过程中吸收能量，阻碍裂纹扩展，提高合金韧性，但合金中的强化相发生了长大，较大的尺寸达um，降低了强化效果。
与这两种处理制度对比，经过630℃和450℃处理的试样含有逆变奥氏体，提高合金韧性，V型缺口下，冲击韧性113J/cm2，冲击功64J；但合金中的强化相发生了长大，较大的尺寸达um，降低了强化效果，强度降低了，屈服强度约为1016MPa，抗拉强度约为1067MPa。
只有经过回火制度是：630℃保温15分钟，处理后的FV520B沉淀硬化马氏体不锈钢材料试样，才获得高强韧性。其强度较高，屈服强度约为1141MPa，抗拉强度约为1162MPa；韧性也较高，V型缺口下，冲击韧性102J/cm2，冲击功62J。回火后的试样中经X射线和扫描电镜分析，试样中含有约5％的逆变奥氏体，而且合金中还含有一定量细小弥散的富Cu强化相，导致其高强度、高韧性。

Claims (5)

1.一种沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，其特征在于：将沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B进行正火和较高温度短时间回火处理后，采取缓慢冷却的方式。
2.按照权利要求1所述沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对钢进行正火处理，处理方法为：将待处理的沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B材料放入退回炉中，加热至高于Ac3200℃以上使完全奥氏体化，即1050±10℃进行正火，保温1-2小时，然后水淬；
(2)对钢进行回火处理，处理方法为：将(1)处理完成的沉淀硬化马氏体不锈钢材料放入退回炉中，加热至高于Ac1形成回火马氏体加逆变奥氏体的混合组织，透烧后保温5-60分钟，然后随炉冷却至室温。
3.按照权利要求2所述沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，其特征在于：所述高温回火，温度为Ac1以上20～50℃。
4.按照权利要求2所述沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，其特征在于：所述回火透烧后短时保温10-15分钟。
5.按照权利要求3所述沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的热处理方法，其特征在于：所述回火温度为630±10℃。
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