CN110628997A - 一种提高低碳马氏体沉淀硬化不锈钢屈强比的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高低碳马氏体沉淀硬化不锈钢屈强比的热处理方法，步骤包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效；在降温与回复工序之间采用冷处理:将低碳马氏体沉淀硬化不锈钢锻件固溶保温完成后，采用空冷或油冷方式快速冷却至室温23±10℃，然后置于0～1℃的冰水混合介质中，依据锻件热处理有效厚度保温至少2h后，再置于空气中回复至室温，即成。本发明采用冷处理促进材料中残余奥氏体向马氏体转变，减少残余奥氏体体积分数，提高屈服强度，而提高材料抗拉强度的逆转变奥氏体在时效时产生的体积分数不会发生明显变化，材料抗拉强度变化较小，进而提高材料屈强比。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高马氏体沉淀硬化不锈钢材料屈强比(屈服强度/抗拉强度)且稳定可控的热处理方法，属于金属材料热处理技术领域。
背景技术
低碳马氏体沉淀硬化不锈钢(如0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al等)由于具有高且稳定的强度、较好的塑韧性以及良好的耐腐蚀性和衰减性等优点，被广泛应用于核电水电、航空航天、海上平台等领域，是制造汽轮机叶片、高强耐蚀紧固件等关键部件的首选材料。
低碳马氏体沉淀硬化不锈钢材料热处理工艺一般为固溶+时效处理或固溶+调整处理+时效处理，主要依靠时效过程中在马氏体基体上弥散析出硬质第二相而产生沉淀硬化效果来提高材料屈服强度和抗拉强度。低碳马氏体沉淀硬化不锈钢固溶冷却后产生的残余奥氏体虽有利于材料塑韧性，但由于其面心立方(fcc)的原子点阵结构使得位错更容易通过滑移方式开动，会降低材料屈服强度，而与此同时，时效产生的亚稳态逆转变奥氏体在基体塑性变形过程中产生变形而诱发马氏体相变，材料的抗拉强度却得到提高。因此，残余奥氏体和逆转变奥氏体的体积分数会显著影响低碳马氏体沉淀硬化不锈钢材料屈强比，而常规热处理时很难避免残余奥氏体的产生，使得材料屈强比相对较小，在相同抗拉强度下材料屈服强度较低，产品存在安全系数较低的风险。
发明内容
本发明所要解决的是：残余奥氏体和逆转变奥氏体的体积分数会显著影响低碳马氏体沉淀硬化不锈钢材料屈强比，而常规热处理时很难避免残余奥氏体的产生，使得材料屈强比相对较小，在相同抗拉强度下材料屈服强度较低，产品存在安全系数较低风险的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种提高低碳马氏体沉淀硬化不锈钢屈强比的热处理方法，步骤包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效；在所述的降温与回复工序之间采用冷处理，具体步骤如下:将低碳马氏体沉淀硬化不锈钢锻件固溶保温完成后，采用空冷或油冷方式快速冷却至室温23±10℃，然后置于0～1℃的冰水混合介质中，依据锻件热处理有效厚度保温至少2h后，再置于空气中回复至室温，即成。
采用上述技术方案的有益效果：
与现有技术相比，本发明在常规固溶处理后增加一次冷处理工序，通过将固溶完成后的低碳马氏体沉淀硬化不锈钢锻件，置于0～1℃的冰水混合介质中保温至少2h，促进材料中残余奥氏体向马氏体转变，减少残余奥氏体体积分数，提高屈服强度，而提高材料抗拉强度的逆转变奥氏体在时效时产生的体积分数不会发生明显变化，材料抗拉强度变化较小，进而提高材料屈强比；另一方面，由于实际生产中常规固溶冷却介质(空气、淬火油等)温度不稳定，而本发明简单易操作，能在固溶冷却时冷却介质温度不稳定以及无大型低温制冷设备的情况下实施，从而能稳定控制低碳马氏体沉淀硬化不锈钢锻件的屈强比。
附图说明
图1、2为本发明的实施例对比工艺曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述：
实施例
如图1所示，本发明的热处理工艺方法具体步骤包括：控速升温(≤200℃/h)至1040℃，保温一定时间后出炉空冷至室温(23±10℃)，之后将直径35mm的0Cr17Ni4Cu4Nb锻棒浸入0～1℃的冰水混合介质中，保温2h后置于空气中回复至室温，然后控速升温(≤120℃/h)至605℃保温4h后出炉空冷进行时效处理，即完成热处理工艺。
实施对比例
本实施对比例采用的是0Cr17Ni4Cu4Nb材料锻棒，锻棒规格：φ35×400，数量：2件，化学成分见下表一：
表一：锻棒化学成分(Wt/％)
| 元素 | C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni | Cu | Nb |
| 含量 | 0.065 | 0.51 | 0.45 | 0.020 | 0.002 | 15.80 | 3.82 | 3.22 | 0.26 |
上述锻棒锻后退火后进行粗加工，UT探伤合格后，-1#进行固溶+冷处理+时效处理，-2#进行传统热处理方法固溶+冷处理+时效处理，具体工艺曲线示意图分别见图1～2，热处理后在两根锻棒中心取样检测力学性能见表二：
表二：力学性能要求值和检测值
由表二可以看出，通过增加一道0℃冷处理，0Cr17Ni4Cu4Nb材料锻棒冲击和抗拉强度未受到影响的同时，屈服强度得到大幅度提高，屈强比明显增加。
Claims (1)
1.一种提高低碳马氏体沉淀硬化不锈钢屈强比的热处理方法，步骤包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效；其特征在于：在所述的降温与回复工序之间采用冷处理，具体步骤如下:将低碳马氏体沉淀硬化不锈钢锻件固溶保温完成后，采用空冷或油冷方式快速冷却至室温23±10℃，然后置于0～1℃的冰水混合介质中，依据锻件热处理有效厚度保温至少2h后，再置于空气中回复至室温，即成。
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