CN114737028B - 一种沉淀硬化不锈钢的退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢退火领域。一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，将沉淀硬化马氏体不锈钢放入炉温保持在400℃‑450℃的退火炉中,以80℃/h的速度升温至800±10℃，保温4‑6小时,将沉淀硬化马氏体不锈钢从退火炉中取出并在20分钟冷却到650±10℃，在650±10℃保温10‑15小时；以30℃/h的速度将沉淀硬化马氏体不锈钢降至300℃，取出沉淀硬化马氏体不锈钢在空气中冷却至室温。本发明对锻后棒材入炉时的温度和装炉量等无特殊要求，可堆装退火，生产组织较为方便，长时间存放不会发生开裂。
Description
技术领域
本本发明涉及不锈钢退火领域。
背景技术
沉淀硬化马氏体不锈钢17-4PH，其成分按质量百分比为C≤0.07%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，P≤0.040%，S≤0.030%，Cr15.00-17.50%，Ni3.00-5.00%，Cu3.00-5.00，Nb0.15-0.45%。该材料经固溶处理后，基体主要是马氏体组织以及少量残余奥氏体，Cu元素固溶在基体中，在后续的时效处理时，Cu元素以ε-Cu的形式由基体中析出，与基体共格，从而产生强化效果。由于该材料焊接性好、强度高、耐蚀性好，被广泛用于既要求具有不锈性又要求耐弱酸、碱、盐腐蚀的高强度部件，如汽轮机叶片、水下泵轴等行业。
特钢厂为下游汽轮机厂等最终用户提供退火态棒材，后续的二次成形加工、固溶和时效处理由最终用户完成。特钢厂17-4PH大规格棒材通常采用锻造方式成形，径锻机由于生产效率高、表面质量好，逐渐成为主要的锻造方式。17-4PH棒材由径锻机锻造成形后，需要经过完全退火或高温回火处理，降低硬度，以便于后续的车光及下游用户二次成形使用，但正是由于径锻机批量生产这一特点，造成后续退火炉的装炉量较常规快锻机大，且先锻造的和后锻造的棒材入退火炉时温度差别较大。
如锻后采用常规的完全退火工艺，由于退火炉内棒材批量较大，堆装在外层棒材的温度与炉温曲线较为契合，组织发生完全转变，能实现完全退火，但对于堆装于内层的棒材来说，由于散热较慢，组织并不能实现完全退火。
如锻后采用常规的高温回火工艺，由于先锻造和后锻造的棒材入退火炉时温度差别较大，组织差异也较大，温度较低的棒材已经部分转化为马氏体，温度较高的棒材仍为奥氏体组织。这就导致整炉棒材原始组织不一致，并不能实现整炉的均匀回火。
对于这两类处理方法，批量退火的锻材出退火炉经长时间放置后容易出现端部纵裂的现象，严重时开裂比例甚至达到33%，有些棒材甚至在发给用户后逐渐出现开裂，影响产品质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何是沉淀硬化不锈钢完全的均匀转变为铁素体+碳化物组织，避免沉淀硬化不锈钢锻材后续出现开裂的情况。
本发明所采用的技术方案是：一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，按如下的步骤进行
步骤一、将沉淀硬化马氏体不锈钢放入炉温保持在400℃-450℃的退火炉中，等待退火炉中的温度稳定；
步骤二、以80℃/h的速度升温至800±10℃，保温4-6小时；
步骤三、将沉淀硬化马氏体不锈钢从退火炉中取出并在20分钟冷却到650±10℃，冷却过程中，将退火炉炉温设置为650±10℃；
步骤四、当沉淀硬化马氏体不锈钢在空气中冷却到650±10℃时，将沉淀硬化马氏体不锈钢再次放入退火炉中，在650±10℃保温10-15小时；
步骤五、在退火炉中，以30℃/h的速度将沉淀硬化马氏体不锈钢降至300℃，取出沉淀硬化马氏体不锈钢在空气中冷却至室温。
步骤一中，炉温保持在400℃-450℃是指，当退火炉的温度小于400℃时打开退火炉加热装置直至温度大于等于400℃时停止加热，当退火炉的温度大于450℃时打开退火炉降温装置直至温度小于等于450℃，当温度处于400℃-450℃时既不加热也不降温。
可以把不同温度的沉淀硬化不锈钢放入同一个退火炉中，利用之间的热传递进行降温和升温，节省能源。
步骤一中，等待退火炉中的温度稳定是指，退火炉的温度在3分钟内温度变化小于等于1℃且炉温保持在400℃-450℃。
从400℃-450℃的沉淀硬化马氏体不锈钢进行处理，能够保证实现完全退火。
在20分钟冷却到650±10℃是指，根据沉淀硬化马氏体不锈钢的横截面大小选择在空气中自然冷却或在退火炉中冷却，保持沉淀硬化马氏体不锈钢降温速率为7-8℃/min。
当沉淀硬化马氏体不锈钢为棒材时，如果横截面处于150-300平方厘米时，直接在空气中冷却20分钟。
沉淀硬化马氏体的材质结构和环境不同，是导致沉淀硬化马氏体不锈钢不能完全退火的原因。在降温过程一方面要考虑使沉淀硬化马氏体不锈钢达到降温速率，另一方面也要尽可能的节能。
本发明的有益效果是：通过沉淀硬化不锈钢在完全奥氏体化区间保温，使所有沉淀硬化不锈钢不论入炉时的温度有多高、组织是何种状态，全部可以转变为奥氏体，通过随后的长时间等温处理，使奥氏体组织在较短的时间内均匀转变为铁素体+碳化物组织，以保证出炉后不会大量存在未转变的奥氏体组织，也就避免了随后的马氏体转变，彻底杜绝了棒材开裂。
具体实施方式
从沉淀硬化马氏体不锈钢17-4PH的成分可以看出，该材料总合金含量超过了25%，与总合金含量约14%的常规20Cr13马氏体不锈钢相比，其过冷奥氏体等温转变曲线严重右移、变形，这就造成其临界冷却速率减慢、淬透性增强。目前各特钢厂该钢种的交货状态均为完全退火态或高温回火态，如果退火或回火不完全，并未使奥氏体组织充分转化为铁素体+碳化物组织，那么大量残余的奥氏体，会在长期堆放过程中逐渐转变为马氏体，这种转变同时会伴随体积的膨胀，这就是该钢种的棒材退火或回火后逐渐开裂的原因所在。
实施例1
步骤一：将17支φ150mm直径的17-4PH径锻棒材吊至台车式退火炉，退火炉初始温度450℃。
步骤二：升温速度每小时80℃，升温到800℃后保温6小时。
步骤三：打开退火炉门，将台车开出，同时将退火炉温度设置为650℃。
步骤四：20分钟后将台车开回退火炉，关闭炉门，在650℃保温15小时。
步骤五：以每小时30℃降温至300℃，开炉门开出台车，使棒材在空气中自然冷却至室温。
采用便携式硬度检测仪检测全部棒材两端硬度，结果为302-316HBW。
实施例2
步骤一：将12支φ180mm直径的17-4PH径锻棒材吊至台车退火炉，退火炉初始温度413℃。
步骤二：升温速度每小时80℃，升温到800℃后保温4小时。
步骤三：打开退火炉门，将台车开出，同时将退火炉温度设置为650℃。
步骤四：20分钟后将台车开回退火炉，关闭炉门，在650℃保温10小时。
步骤五：以每小时30℃降温至300℃，开炉门开出台车，使棒材在空气中自然冷却至室温。
采用便携式硬度检测仪检测全部棒材两端硬度，结果为305-326HBW。
本发明对锻后棒材入炉时的温度和装炉量等无特殊要求，可堆装退火，生产组织较为方便，长时间存放不会发生开裂。
Claims (5)
1.一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，其特征在于：按如下的步骤进行
步骤一、将沉淀硬化马氏体不锈钢放入炉温保持在400℃-450℃的退火炉中，等待退火炉中的温度稳定；
步骤二、以80℃/h的速度升温至800±10℃，保温4-6小时；
步骤三、将沉淀硬化马氏体不锈钢从退火炉中取出并在20分钟冷却到650±10℃，冷却过程中，将退火炉炉温设置为650±10℃；
步骤四、当沉淀硬化马氏体不锈钢在空气中冷却到650±10℃时，将沉淀硬化马氏体不锈钢再次放入退火炉中，在650±10℃保温10-15小时；
步骤五、在退火炉中，以30℃/h的速度将沉淀硬化马氏体不锈钢降至300℃，取出沉淀硬化马氏体不锈钢在空气中冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，其特征在于：步骤一中，炉温保持在400℃-450℃是指，当退火炉的温度小于400℃时打开退火炉加热装置直至温度大于等于400℃时停止加热，当退火炉的温度大于450℃时打开退火炉降温装置直至温度小于等于450℃，当温度处于400℃-450℃时既不加热也不降温。
3.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，其特征在于：步骤一中，等待退火炉中的温度稳定是指，退火炉的温度在3分钟内温度变化小于等于1℃且炉温保持在400℃-450℃。
4.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，其特征在于：在20分钟冷却到650±10℃是指，根据沉淀硬化马氏体不锈钢的横截面大小选择在空气中自然冷却或在退火炉中冷却，保持沉淀硬化马氏体不锈钢降温速率为7-8℃/min。
5.根据权利要求4所述的一种沉淀硬化不锈钢的退火方法，其特征在于：当沉淀硬化马氏体不锈钢为棒材时，如果横截面处于150-300平方厘米时，直接在空气中冷却20分钟。
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