CN112593059B - 降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁热变形技术领域，具体涉及一种降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法。目前还没有通过热变形方法来进一步降低马氏体不锈钢中铁素体含量的报道，本发明提供了一种降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，包括以下步骤：a、取马氏体不锈钢钢锭置于加热炉中，按≤60℃/h的加热速率加热至1180～1200℃，保温时间≥8h；b、出炉快锻，快锻采用“镦粗+拔长”工艺，镦粗1道次，拔长1道次；c、钢坯置于加热炉中，以≤60℃/h的速率加热至1200℃，保温8～12h；d、钢坯精锻，终锻温度≥900℃。本发明采用“镦粗+拔长+均质化热处理”的方法，最终使得马氏体不锈钢钢坯中的δ铁素体面积百分含量降低到1.5％左右，适宜推广使用。
Description
技术领域
本发明属于钢铁热变形技术领域，具体涉及一种降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法。
背景技术
05Cr17NiCu4Nb钢是一种新型马氏体沉淀硬化超高强度不锈钢，它广泛地被用于汽轮机的末级、次末级叶片，发动机涡轮机的前后安装边和阀门部件，飞机、军工产品的制造中导弹的紧固件中。同时，也可应用于宇航工业、航天涡轮机叶片，核反应堆中重要的结构件等。05Cr17NiCu4Nb钢由于其成分中含有Cr、Mo、V、Si等铁素体形成元素，而这些元素与奥氏体形成元素难以平衡，故在冶炼和加热的过程中会产生对材料有害的δ～铁素体组织。
δ～铁素体主要分布在原奥氏体晶界处，并且和基体的边界产生粗大碳化物，这种碳化物将严重削弱晶界的强化作用，成为裂纹的起裂源，从而造成材料的强韧性下降，因此也成为决定产品质量的关键指标。目前，市场上的05Cr17NiCu4Nb钢δ铁素体面积百分比一般≤5％，由于市场要求不断升级，生产δ铁素体更低、性能更优越的05Cr17NiCu4Nb钢变得尤为重要。
目前，关于降低05Cr17NiCu4Nb钢中的δ铁素体，有研究采用了兼顾化学成分和热加工温度的方法来预测δ～F的形成，通过降低铁素体形成元素的含量，提高奥氏体形成元素的含量，从而获得较低的铬当量，减少了δ～F相的形成。
还有研究采用了兼顾化学成分和热加工温度的方法来预测δ～铁素体的形成，证实了EδF由ECr和ET共同决定，控制低的ECr和ET可以有效限制EδF的含量，实验证明ECr的含量控制在8.5以下，锻造温度控制在1300℃以下可以保证低的EδF。通过降低铁素体形成元素的含量，提高奥氏体形成元素的含量，从而获得较低的铬当量，减少了δ～铁素体的形成。
另有研究在确定合理化学成分的基础上，通过控制锻造温度，降低了热加工过程中铁素体相的形成，国内普遍认为铁素体相应控制在10％以内，采用上述措施可将铁素体相控制在5％以内。
可见，目前行业内一般是通过控制钢种化学成分，在冶炼的过程中来控制铁素体形成，并且一般都只能控制在5％以内，要想进一步的降低铁素体含量极为困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：目前还没有通过热变形方法来进一步降低马氏体不锈钢中铁素体含量的报道。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法。该方法包括以下步骤：
a、取马氏体不锈钢钢锭置于加热炉中，按≤60℃/h的加热速率加热至1180～1200℃，保温时间≥8h；
b、将步骤a得到的电渣锭出炉快锻，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥900℃；快锻采用“镦粗+拔长”工艺，镦粗1道次，拔长1道次；
c、将步骤b快锻后的钢坯置于加热炉中，以≤60℃/h的速率加热至1200℃，保温8～12h；
d、将步骤c得到的钢坯精锻，终锻温度≥900℃。
其中，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，步骤a所述的马氏体不锈钢为05Cr17NiCu4Nb钢。
其中，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，所述的05Cr17NiCu4Nb钢的化学成分包括：按重量百分比计，C：0.045～0.060％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.25～0.50％、Cr：15.15～15.45％、Ni：4.30～4.60％、Cu：3.20～3.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，所述的不可避免的杂质包括P和S。
进一步的，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，所述的不可避免的杂质中P≤0.015％，S≤0.0025％。
其中，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，步骤b所述的镦粗要求镦粗后钢坯的高度≤电渣锭原始高度的1/2。
其中，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，步骤b所述的拔长要求拔长后钢坯的直径为镦粗前电渣锭直径。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，通过对钢成分进行合理控制，采用“镦粗+拔长+均质化热处理”的方法，最终使得热变形后再均质化热处理的马氏体不锈钢钢坯中的δ铁素体面积百分含量大大降低，能够降低到1.5％左右，相比现有的方法，δ铁素体比例大为降低，提高了05Crl7Ni4Cu4Nb不锈钢的品质，具有重要的现实意义。
具体实施方式
本发明提供了一种降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，包括以下步骤：
a、取马氏体不锈钢钢锭置于加热炉中，按≤60℃/h的加热速率加热至1180～1200℃，保温时间≥8h；
b、将步骤a得到的电渣锭出炉快锻，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥900℃；快锻采用“镦粗+拔长”工艺，镦粗1道次，拔长1道次；
c、将步骤b快锻后的钢坯置于加热炉中，以≤60℃/h的速率加热至1200℃，保温8～12h；
d、将步骤c得到的钢坯精锻，终锻温度≥900℃。
其中，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，步骤a所述的马氏体不锈钢为05Cr17NiCu4Nb钢。
其中，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，所述的05Cr17NiCu4Nb钢的化学成分包括：按重量百分比计，C：0.045～0.060％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.25～0.50％、Cr：15.15～15.45％、Ni：4.30～4.60％、Cu：3.20～3.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，所述的不可避免的杂质包括P和S。
进一步的，上述降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法中，所述的不可避免的杂质中P≤0.015％，S≤0.0025％。
为了避免马氏体不锈钢在加热过程开裂，本发明在步骤a加热时特别的控制了加热速率≤60℃/h，同时控制了加热温度为1180～1200℃，保温时间≥8h。加热温度过低，保温时间过短，钢坯也容易开裂；加热温度过高，保温时间过长，则容易形成δ铁素体，不利于后续铁素体的控制。
本发明特别的在热变形过程中采用了“镦粗+拔长”工艺，目的是为了改变δ铁素体形貌和分布，减小铁素体尺寸，增大铁素体与马氏体基底之间界面的比表面积，有助于元素充分扩散。为了充分打破原有的铁素体，本发明大量试验后发现，镦粗后钢坯的高度≤电渣锭原始高度的1/2、拔长后钢坯的直径为镦粗前电渣锭直径时，效果最好。
由于非平衡态δ铁素体是因为冷却速度过快，成分扩散不充分引起的成分偏析，本发明又进行了热处理对其予以消除。在“镦粗+拔长”工艺后，本发明还经过了特别的均质化处理。将一镦一拔后的钢锭通过1200℃的均质化热处理，在适当且充分的保温时间里有利于促进化学元素因浓度差而得以充分扩散，减少化学元素成分偏析，从而进一步降低δ铁素体的百分含量。通过上述步骤，共同使得最终的马氏体不锈钢中δ铁素体体积百分含量≤2％。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法对马氏体不锈钢进行热处理
实施例1采用05Cr17Ni4Cu4Nb钢，所述的钢组成为：C：0.050％、Si：0.30％、Mn：0.35％、Cr：15.20％、Ni：4.40％、Cu 3.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。要求锻造后钢的外径为Φ550mm。
对上述钢进行热处理，具体的操作步骤如下：
(1)电渣锭加热：将Φ730mm电渣锭置于室式加热炉中，按50℃/h的加热速率加热至1200℃，最后保温12小时。
(2)电渣锭快锻：对保温后的电渣锭进行一镦一拔快锻，首先，将钢锭沿轴向方向压缩至坯料长度为原电渣锭高度的1/2；然后，将镦粗后的钢锭沿垂直于轴向方向锻压至坯料直径为原电渣锭直径。开锻温度1050℃，且终锻温度不得低于900℃。
(3)均质化热处理：将快锻后的坯料返回室式炉，并按70℃的加热速率加热至1200℃，并保温12小时。
(4)精锻轧制成材：将均质化热处理保温后的坯料经精锻机锻制成直径为Φ550mm的钢锭。
实施例得到的直径为Φ550mm的钢锭中铁素体含量为2.8％。
实施例2采用本发明方法对马氏体不锈钢进行热处理
实施例2采用05Cr17Ni4Cu4Nb钢，所述的钢组成为：C：0.055％、Si：0.35％、Mn：0.40％、Cr：15.25％、Ni：4.45％、Cu 3.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。要求锻造后钢的外径为Φ450mm。
对上述钢进行热处理，具体的操作步骤如下：
(1)电渣锭加热：将Φ630mm电渣锭置于室式加热炉中，按50℃/h的加热速率加热至1195℃℃，最后保温12小时。
(2)电渣锭快锻：对保温后的电渣锭进行一镦一拔快锻，首先，将钢锭沿轴向方向压缩至坯料长度为原电渣锭高度的1/2；然后，将镦粗后的钢锭沿垂直于轴向方向锻压至坯料直径为原电渣锭直径。开锻温度1050℃，且终锻温度不得低于900℃。
(3)均质化热处理：将快锻后的坯料返回室式炉，并按60℃的加热速率加热至1200℃，并保温12小时。
(4)精锻轧制成材：将均质化热处理保温后的坯料经精锻机锻制成直径为Φ450mm的钢锭。
实施例得到的直径为Φ450mm的钢锭中铁素体含量为2.0％。
实施例3采用本发明方法对马氏体不锈钢进行热处理
实施例3采用05Cr17Ni4Cu4Nb钢，所述的钢组成为C：0.050％、Si：0.25％、Mn：0.45％、Cr：15.20％、Ni：4.50％、Cu 3.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。要求锻造后钢的外径为Φ350mm。
对上述钢进行热处理，具体的操作步骤如下：
(1)电渣锭加热：将Φ550mm电渣锭置于室式加热炉中，按60℃/h的加热速率加热至1190℃，最后保温12小时。
(2)电渣锭快锻：对保温后的电渣锭进行一镦一拔快锻，首先，将钢锭沿轴向方向压缩至坯料长度为原电渣锭高度的1/2；然后，将镦粗后的钢锭沿垂直于轴向方向锻压至坯料直径为原电渣锭直径。开锻温度1050℃，且终锻温度不得低于900℃。
(3)均质化热处理：将快锻后的坯料返回室式炉，并按70℃的加热速率加热至1200℃，并保温12小时。
(4)精锻轧制成材：将均质化热处理保温后的坯料经精锻机锻制成直径为Φ350mm的钢锭。
实施例得到的直径为Φ350mm的钢锭中铁素体含量为1.5％。
由上述实施例可知，对不同成分、不同直径的05Cr17Ni4Cu4Nb钢，采用本发明的方法都可以将其δ铁素体含量降低到2％以内，最低还能降低到1.5％左右，相比现有的方法，显著的降低了δ铁素体含量，具有极高的应用价值。
Claims (5)
1.降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取05Cr17NiCu4Nb钢钢锭置于加热炉中，按≤60℃/h的加热速率加热至1180～1200℃，保温时间≥8h；所述的05Cr17NiCu4Nb钢的化学成分包括：按重量百分比计，C：0.045～0.060％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.25～0.50％、Cr：15.15～15.45％、Ni：4.30～4.60％、Cu：3.20～3.50％，余量为Fe和不可避免的杂质；
b、将步骤a得到的电渣锭出炉快锻，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥900℃；快锻采用“镦粗+拔长”工艺，镦粗1道次，拔长1道次；
c、将步骤b快锻后的钢坯置于加热炉中，以≤60℃/h的速率加热至1200℃，保温8～12h；
d、将步骤c得到的钢坯精锻，终锻温度≥900℃。
2.根据权利要求1所述的降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，其特征在于：所述的不可避免的杂质包括P和S。
3.根据权利要求1所述的降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，其特征在于：所述的不可避免的杂质中P≤0.015％，S≤0.0025％。
4.根据权利要求1所述的降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，其特征在于：步骤b所述的镦粗要求镦粗后钢坯的高度≤电渣锭原始高度的1/2。
5.根据权利要求1所述的降低马氏体不锈钢中δ铁素体含量的热变形方法，其特征在于：步骤b所述的拔长要求拔长后钢坯的直径为镦粗前电渣锭直径。
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