CN112481467B

CN112481467B - 一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法

Info

Publication number: CN112481467B
Application number: CN202011287383.7A
Authority: CN
Inventors: 鲁辉虎; 杜云飞; 张栋; 沈兴全; 原梅妮
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2040-11-17
Also published as: CN112481467A

Abstract

本发明涉及铁素体不锈钢，特别涉及提高铁素体不锈钢强度的方法，具体为一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法。本发明为了解决如何通过热处理方法在保持一定塑性的情况下提高铁素体不锈钢强度的问题，提供了一种新的提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，将铁素体不锈钢冷轧板依次进行退火、冷却、等温淬火、配分、冷却至室温等处理后，在组织中形成铁素体、马氏体、残留奥氏体这种复相组织。利用马氏体组织高强度、铁素体塑性好的特征，保证钢板的强度与塑性，此外在随后的变形过程中残留奥氏体将发生马氏体转变进一步提高钢板的强度，最终显著提高铁素体不锈钢的强度。

Description

一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢，特别涉及提高铁素体不锈钢强度的方法，具体为一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法。

背景技术

铁素体不锈钢具有良好的耐腐性能及优异的成形性能，广泛应用于家电、建筑等行业，同时，作为一种重要的金属结构材料，在应用过程中，其力学性能也非常重要。铁素体不锈钢（其中铁素体不锈钢的碳含量为0.01≤C≤0.30）力学性能的特点为塑性好、强度（屈服强度、抗拉强度）低。目前采用的热处理工艺仅为单一的再结晶退火处理（如：现有实施例：再结晶退火的工艺步骤为将0.9 mm 厚、碳含量为0.02的铁素体不锈钢冷轧板，在840℃保温120min后，以10 ℃/min的冷却速率冷至室温）的热处理方法来提高铁素体不锈钢的强度，热处理后的微观组织为图1所示，很明显看出热处理后的微观组织仅由铁素体组织组成，同时热处理后的铁素体不锈钢的强度和塑性如表1，其力学性能远未发挥其成分优势，导致铁素体不锈钢的应用范围十分受限。另外，现有技术中虽然也还有能一定程度上提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，但其方法在提高强度的同时使得其塑性明显降低，导致铁素体不锈钢的应用范围十分受限。

表1。

屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率/%	硬度/HV0.1
				295	530	28	198

发明内容

本发明为了解决如何通过热处理方法在保持铁素体不锈钢一定塑性的同时提高铁素体不锈钢强度的问题，提供了一种新的提高铁素体不锈钢强度的热处理方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，其中铁素体不锈钢的碳含量为0.01≤C≤0.30，依次由以下步骤实现：

1）不锈钢板退火：其中不锈钢板为厚度≤5.0mm的铁素体不锈钢冷轧板（在热处理之前，事先将铁素体不锈钢制备成铁素体不锈钢冷轧板，如何制备是本领域人员公知的），加热温度为750-850℃，保温时间为1-30min，保温后冷却至室温，冷却速率为5-20℃/min；

2）不锈钢板进行等温淬火：加热温度为950-1050℃，保温时间为2-30min，保温后快速置入淬火介质中，淬火介质温度为140-180℃，在淬火介质中保留时间为10-60min；

3）对淬火后的不锈钢板进行配分：加热温度为300-500℃，保温时间为10-60min，不锈钢板从淬火介质中置入加热炉中的时间≤50s；

4）对配分处理后的不锈钢板进行冷却至室温：冷却速度为10-50℃/min。

本发明的热处理方法中，步骤1）的加热温度和保温时间使铁素体不锈钢冷轧板形成细小的再结晶颗粒或晶核，为步骤2）中奥氏体相变提供足够的形核质点，以便能保证形成细小的奥氏体组织；步骤2）中的淬火的加热温度和保温时间形成一定含量的尺寸细小的奥氏体组织（形成后的奥氏体含量为20-45%），此时微观组织由约55%-80%的铁素体组织和约20-45%的尺寸细小的奥氏体组织组成，其中，形成尺寸细小的奥氏体组织的作用提高奥氏体组织的稳定性，并保证在步骤3）和步骤4）中的冷却过程中残余奥氏体组织不发生马氏体组织转变，此外，在随后的淬火介质保温温度和保温时间的过程中，细小的奥氏体组织发生不完全马氏体相变，部分奥氏体组织保留下来成为残余奥氏体组织，此时，微观组织由55%-80%的铁素体组织、4%-10%的残余奥氏体组织、16%-35%的马氏体组织组成；步骤3）中的对淬火后的不锈钢板进行配分处理的温度和保温时间的目的是使得马氏体组织中的碳元素扩散至残余奥氏体组织中，增加残余奥氏体组织中的碳含量，提高残余奥氏体组织的稳定性，若没有这一过程，残余奥氏体组织将转变为铁素体组织或者马氏体组织，导致的结果就是铁素体不锈钢的强度不够或者塑性明显减弱，另外，不锈钢板从淬火介质中置入加热炉中的时间≤50s，若停留室温时间太长，同样将导致残余奥氏体组织不稳定；步骤4）中，对配分处理后的板材进行冷却至室温，冷却过程中残余奥氏体组织保留下来，但是冷却速度必须在冷却速度为10-50℃/min，若冷却速度过快，残余奥氏体组织仍将发生马氏体组织转变，导致铁素体不锈钢的强度虽然提高但是塑性明显减弱。经过上述热处理后，铁素体不锈钢的微观组织由55%-80%的铁素体组织、4%-10%的残余奥氏体组织、16%-35%的马氏体组织组成。

本发明所产生的有益效果如下：本发明的提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，能将铁素体不锈钢中的铁素体组织转变成铁素体+马氏体+奥氏体的复相组织，充分利用马氏体组织高强度、铁素体组织塑性好的特点，通过保留残余奥氏体组织以及多半的铁素体组织来保证铁素体不锈钢的塑性，通过相变后的马氏体组织来提高不锈钢铁素体的强度，同时，在热处理后的铁素体不锈钢的后续变形（后续变形:如进行拉伸试验或在加工工件的过程）过程中,残余奥氏体组织将发生马氏体转变，从而进一步提高铁素体不锈钢的强度和塑性（后续变形过程属于形变，提高其塑性；残余奥氏体组织发生马氏体转变属于相变，提高其强度）。通过本发明中的热处理方法，使得铁素体不锈钢在保持一定塑性的情况下提高了铁素体不锈钢的强度，扩大了铁素体不锈钢的应用范围。

附图说明

图1为铁素体不锈钢采用现有的热处理方法得出的微观组织示例图；

图2为本发明的热处理方法的工艺路线示意图；

图3为实施例1中经过热处理后的铁素体不锈钢的微观组织示例图；

图4为本发明中的三个实施例与现有的热处理方法后铁素体不锈钢的拉伸曲线。

图中：其中：α代表铁素体组织；α^’代表马氏体组织；γ代表奥氏体组织；M_s代表马氏体相变开始温度点；M_f代表马氏体相变结束温度点。

具体实施方式

一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，其中铁素体不锈钢的碳含量为0.01≤C≤0.30（如采用碳含量为0.01、0.05、0.08、0.1、0.16、0.2、0.23、0.27、0.3），依次由以下步骤实现：

1）不锈钢板退火：其中不锈钢板为厚度≤5.0mm（如采用厚度为0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.6mm、2mm、2.4mm、2.5mm、3mm、3.7mm、4mm、4.5mm、4.9mm、5.0mm）的铁素体不锈钢冷轧板（在热处理之前，事先将铁素体不锈钢制备成铁素体不锈钢冷轧板，如何制备是本领域人员公知的），加热温度为750-850℃（如采用加热温度为750℃、780℃、800℃、820℃、850℃），保温时间为1-30min（如采用保温时间为1min、6min、10min、15min、18min、20min、27min、30min），保温后冷却至室温，冷却速率为5-20℃/min（如采用冷却速率为5℃/min、8℃/min、10℃/min、15℃/min、19℃/min、20℃/min）；

2）不锈钢板进行等温淬火：加热温度为950-1050℃（如采用加热温度为950℃、1000℃、1009℃、1010℃、1015℃、1020℃、1030℃、1040℃、1042℃、1050℃），保温时间为2-30min（如采用保温时间为2min、5min、8min、10 min、16 min、20 min、24 min、30 min），保温后快速置入淬火介质中，淬火介质温度为140-180℃（如采用淬火介质温度为140℃、145℃、150℃、160℃、166℃、170℃、178℃、180℃），在淬火介质中保留时间为10-60min（如采用保留时间为10min、15 min、20 min、30 min、36 min、42 min、45 min、50 min、55 min、60min）；

3）对淬火后的不锈钢板进行配分：加热温度为300-500℃（如采用加热温度为300℃、340℃、400℃、450℃、500℃），保温时间为10-60min（如采用保温时间为10min、15 min、20 min、30 min、36 min、42 min、45 min、50 min、55 min、60 min），不锈钢板从淬火介质中置入加热炉中的时间≤50s（如采用2s、8 s、15 s、20 s、30 s、32 s、35 s、40 s、46 s、50s）；

4）对配分处理后的不锈钢板进行冷却至室温：冷却速度为10-50℃/min（如采用冷却速度问10℃/min、15℃/min、20℃/min、24℃/min、30℃/min、38℃/min、40℃/min、45℃/min、50℃/min）。

如图2、3、4所示，下面进行具体实施例说明。

实施例1：将碳含量为0.01、厚度为0.1mm 的铁素体不锈钢冷轧板，在760℃保温5min后，以10 ℃/min的冷却速率冷至室温，然后加热至1000℃，保温10min，随后在淬火介质（淬火介质为淬火油）中淬火，淬火介质温度为150℃，淬火时间为50min，然后放入400℃保温炉中，保温30min，淬火板从淬火介质中置入加热炉中的时间为30s,最后以50℃/min的冷速冷至室温。经过热处理后铁素体不锈钢的微观组织如图3所示，很明显微观组织由铁素体组织、马氏体组织与残留奥氏体组织组成。

将上述经过热处理后的铁素体不锈钢板进行拉伸性能与硬度测试，其结果如表2所示。

表2

屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率/%	硬度/HV0.1
				440	730	24	293

实施例2：将碳含量为0.1、厚度为2mm 的铁素体不锈钢冷轧板，在840℃保温10min后，以20 ℃/min的冷却速率冷至室温，然后加热至980℃，保温20min，随后在淬火介质（淬火介质为熔融盐）中淬火，淬火介质温度为160℃，淬火时间为30min，然后放入350℃保温炉中，保温60min，淬火板从淬火介质中置入加热炉中的时间为40s，最后以40℃/min的冷速冷至室温。

将上述经过热处理后的钢板制样后进行拉伸性能与硬度测试，其结果如表3所示。

表3

屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率/%	硬度/HV0.1
				470	725	20	294

实施例3：将碳含量为0.3、厚度为5mm 的铁素体不锈钢冷轧板，在850℃保温15min后，以20 ℃/min的冷却速率冷至室温，然后加热至1050℃，保温8min，随后在淬火介质（淬火介质为熔融盐）中淬火，淬火介质温度为150℃，淬火时间为30min，然后放入450℃保温炉中，保温20min，淬火板从淬火介质中置入加热炉中的时间为50s，最后以30℃/min的冷速冷至室温。

将上述经过热处理后的钢板制样后进行拉伸性能与硬度测试，其结果如表4所示。

表4

屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率/%	硬度/HV0.1
				455	745	18	299

将本发明中的上述实施例的实验数据中如表2、表3、表4与现有实施例中的实验数据如表1进行对比可看出，采用本发明所述热处理方法获得的铁素体不锈钢板力学性能较好，特别是屈服强度、抗拉强度与维氏硬度均具有较大幅度提高，在保持一定塑性的情况下，有效解决了铁素体不锈钢强度低的难题。

Claims

1.一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，其中铁素体不锈钢的碳含量为0.01≤C≤0.30，其特征在于，依次由以下步骤实现：

1）不锈钢板退火：其中不锈钢板为厚度≤5.0mm的铁素体不锈钢冷轧板，加热温度为750-850℃，保温时间为1-30min，保温后冷却至室温，冷却速率为5-20℃/min；

3）对淬火后的不锈钢板进行配分：加热温度为300-500℃，保温时间为10-60min，其中，不锈钢板从淬火介质中置入加热炉中的时间≤50s；

4）对配分处理后的不锈钢板进行冷却至室温：冷却速度为10-50℃/min，经过上述热处理后，铁素体不锈钢的微观组织由55%-80%的铁素体组织、4%-10%的残余奥氏体组织、16%-35%的马氏体组织组成。

2.根据权利要求1所述的一种提高铁素体不锈钢强度的热处理方法，其特征在于，步骤2）中，淬火介质为淬火油或熔融盐。