CN101532079A - 一种控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料领域，具体为一种控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，尤其是涉及一类铸造马氏体不锈钢材料的相控制和热处理方法，解决了实际生产过程中难以准确控制逆变奥氏体含量从而影响性能的问题，通过对马氏体不锈钢热处理的回火温度、回火次数和一次回火终冷温度的控制达到准确控制逆变奥氏体含量。1)对正火后的0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢进行600～680℃一次回火得到0＜Vγ＜6％的逆变奥氏体；2)对600～680℃一次回火且冷至60℃以下的0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢，进行560～620℃二次回火得到10％＜Vγ≤25％的逆变奥氏体；3)对600～680℃一次回火冷至60～250℃之间的0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢，进行560～620℃二次回火得到6％≤Vγ≤10％的逆变奥氏体。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体为一种控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，尤其是涉及一类铸造马氏体不锈钢材料的相控制和热处理方法。
背景技术
0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢，具有良好的铸造性、大截面均一性和焊接性，在铸造界被誉为“铸造者梦寐以求之成功钢种”。由于具有优异的常温和低温力学性能、水下疲劳性能、焊接工艺性能以及抗空蚀磨损性能，铸造高强马氏体不锈钢(0Cr13Ni4～6Mo型)被广泛应用在水电站过流部件、水泵、压缩机叶轮、原子能电站铸件和压力容器等部件上。其优异的力学性能源于特殊的微观组织结构，经过恰当的正火和回火热处理后，其组织为回火马氏体和弥散分布在马氏体基体中的片层状逆变奥氏体的两相结构，见附图1。其中的逆变奥氏体多分布在马氏体板条束间隙和原奥氏体晶界处，由于其尺寸较小，且弥散分布，逆变奥氏体在塑性变形时吸收变形功而转变成马氏体，能显著改善材料的塑韧性。因此调整逆变奥氏体含量使0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢达到不同的强韧性组合成为制定热处理制度的关键。
由于0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢应用范围广泛，不同的使用条件对其性能要求有很大差别，通过控制逆变奥氏体含量可以有效地调节该类型材料的综合力学性能。当逆变奥氏体含量较高时，材料的塑韧性良好，强度稍低，多用于对塑韧性要求较高的场合；当逆变奥氏体含量较低时，材料的强度较高，但塑韧性稍低，多用于对强度和耐磨性能要求较高的场合。因此有效地控制逆变奥氏体含量对调整0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢综合性能、满足不同的使用要求具有非常重要的意义。但由于0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢在热处理过程中的相变过程复杂，各类相变点在不同的热处理状态下具有较大范围的变化，因此国内厂商在生产此类产品时不能准确控制逆变奥氏体含量以满足不同使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，解决了实际生产过程中难以准确控制逆变奥氏体含量从而影响性能的问题；采用控制回火温度、回火次数及一次回火终冷温度的方法使逆变奥氏体含量得到准确控制。
本发明采用的技术方案是：
一种控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，通过对马氏体不锈钢热处理的回火温度、回火次数和一次回火终冷温度的控制达到控制逆变奥氏体含量。
1)对正火态的0Cr13Ni4～6Mo进行600～680℃一次回火，保温时间按铸件有效壁厚每毫米保温2～10min设定，得到体积分数0<Vγ<6％的逆变奥氏体；
2)对正火态的0Cr13Ni4～6Mo进行600～680℃一次回火，冷却至60℃以下，而后进行560～620℃二次回火，保温时间按铸件有效壁厚每毫米保温2～10min设定，得到体积分数一般为10％<Vγ≤25％的逆变奥氏体；
3)对正火态的0Cr13Ni4～6Mo进行600～680℃一次回火，冷却至60～250℃之间，而后进行560～620℃二次回火，保温时间按铸件有效壁厚每毫米保温2～10min设定，得到体积分数6％≤Vγ≤10％的逆变奥氏体。
本发明适用的0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢的化学成分是(质量百分含量)：C≤0.06，Si≤1.00，Mn≤1.00，Cr 11.5～14.0，Ni 3.5～6.0，Mo 0.40～1.00，S≤0.03，P≤0.04，Fe余量。
本发明中600～680℃一次回火和560～620℃二次回火过程的加热速率一般为30～200℃/h；回火冷却方式为自然空冷。
本发明中逆变奥氏体含量的测定是使用X射线衍射法测得的奥氏体的体积分数。
本发明控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的机理如下：
在回火过程中，当回火温度稍高于该类型马氏体不锈钢的As点时，逆变奥氏体优先在马氏体板条间和原奥氏体晶界处形核长大，同时材料中的奥氏体化元素向逆变奥氏体中聚集，增加其热稳定性，使其在随后的回火冷却过程中不转变成马氏体。随着回火温度的提高，高温时逆变奥氏体含量增加，聚集其中的奥氏体化元素由于均匀化的作用导致其浓度下降，逆变奥氏体稳定性随之下降，使其在随后的冷却过程中重新转变成马氏体。所以一次回火产生的能稳定存在至室温的逆变奥氏体含量有一较低峰值。二次回火时，由于一次回火冷却过程中新生马氏体增加了二次回火时奥氏体的形核位置，使逆变奥氏体的形核率增加，而且经一次回火后，材料内部的各元素含量分布出现波动，逆变奥氏体中更容易聚集到足够的奥氏体化元素而稳定下来，所以二次回火能大大增加逆变奥氏体含量。而本发明通过控制一次回火终冷温度来控制一次回火过程中逆变奥氏体向马氏体的转变，进而控制二次回火时奥氏体的形核位置数量，从而影响最终的逆变奥氏体含量。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明结合逆变奥氏体的产生机理和0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢的相变规律，解决了实际生产中难以准确控制逆变奥氏体含量的问题，从而实现对材料综合性能的精确控制。
2.本发明使用不同的回火热处理制度，使0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢中逆变奥氏体的体积含量实现从0～25％范围的变化，从而使该材料的强度、塑韧性可调范围增大，能适应更多不同条件的需求。
3.本发明使用的回火热处理加热和冷却方式适合实际工业生产，很容易得到工厂认可，一旦被采用，可以大大提高我国0Cr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢产品的质量稳定性，那将会有几十甚至上百亿的效益。
附图说明
图1透射电子显微镜下ZG0Cr13Ni4Mo中的逆变奥氏体形貌，其中的黑色条状相为逆变奥氏体。
图2实施例一的X射线衍射图。
图3实施例二的X射线衍射图。
图4实施例三的X射线衍射图。
图5实施例四的X射线衍射图。
图6实施例五的X射线衍射图。
图7实施例六的X射线衍射图。
图8实施例七的X射线衍射图。
图9实施例八的X射线衍射图。
图10实施例九的X射线衍射图。
具体实施方式
实施例一
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.02％，Si 0.41％，Mn 0.44％，Cr 11.80％，Ni 4.40％，Mo 0.43％，S 0.007％，P 0.024％，Fe余量，试样尺寸为10×10×10mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以100℃/h的加热速率加热至600℃，保温30min后空冷至室温。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图2，图中的奥氏体特征衍射峰存在，但不是很明显。定量分析表明奥氏体的体积含量(即体积分数Vγ)为2％。
实施例二
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.025％，Si 0.2％，Mn 0.58％，Cr 13.06％，Ni 4.26％，Mo 0.52％，S 0.012％，P 0.030％，Fe余量，试样尺寸为25×40×75mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以180℃/h的加热速率加热至620℃，保温60min后空冷至室温。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图3，定量分析表明奥氏体的体积含量为4.5％。
实施例三
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.02％，Si 0.41％，Mn 0.44％，Cr 11.80％，Ni 4.40％，Mo 0.43％，S 0.007％，P 0.024％，Fe余量，试样尺寸为25×40×75mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以200℃/h的加热速率加热至680℃，保温120min后空冷至室温。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图4，定量分析表明奥氏体的体积含量为1％。
实施例四
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.025％，Si 0.2％，Mn 0.58％，Cr 13.06％，Ni 4.26％，Mo 0.52％，S 0.012％，P 0.030％，Fe余量，试样尺寸为11×11×60mm。
先对试样进行1030℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以50℃/h的加热速率加热至620℃，保温60min后空冷至40℃，而后进行580℃、保温60min的二次回火，二次回火加热速率50℃/h，冷却方式为空冷。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图5，定量分析表明奥氏体的体积含量为10.8％。
实施例五
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.025％，Si 0.2％，Mn 0.58％，Cr 13.06％，Ni 4.26％，Mo 0.52％，S 0.012％，P 0.030％，Fe余量，试样尺寸为25×40×75mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体，试样尺寸为25×40×75mm。
对正火后的试样以180℃/h的加热速率加热至680℃，保温90min后空冷至室温，而后进行600℃、保温90min的二次回火，二次回火加热速率180℃/h，冷却方式为空冷。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图6，图中的奥氏体特征衍射峰存在，定量分析表明奥氏体的体积含量为13％。
实施例六
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.038％，Si 0.3％，Mn 0.52％，Cr 12.45％，Ni 3.85％，Mo 0.44％，S 0.005％，P 0.025％，Fe余量，试样尺寸为40×40×60mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以50℃/h的加热速率加热至640℃，保温270min后空冷至50℃，而后进行600℃、保温270min的二次回火，二次回火加热速率50℃/h，冷却方式为空冷。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图7，图中的奥氏体特征衍射峰存在，定量分析表明奥氏体的体积含量为15％。
实施例七
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.02％，Si 0.41％，Mn 0.44％，Cr 11.80％，Ni 4.40％，Mo 0.43％，S 0.007％，P 0.024％，Fe余量，试样尺寸为15×15×15mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以180℃/h的加热速率加热至640℃，保温60min后空冷至100℃，立即装至炉温为100℃的热处理炉中，而后以180℃/h的加热速率加热试样至600℃进行二次回火，保温60min后空冷至室温。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图8，定量分析表明奥氏体的体积含量为8.5％。
实施例八
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.025％，Si 0.2％，Mn 0.58％，Cr 13.06％，Ni 4.26％，Mo 0.52％，S 0.012％，P 0.030％，Fe余量，试样尺寸为22×36×60mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以50℃/h的加热速率加热至630℃，保温90min后空冷至150℃，立即装至炉温为150℃的热处理炉中，而后以50℃/h的加热速率加热试样至580℃进行二次回火，保温90min后空冷至室温。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图9，定量分析表明奥氏体的体积含量为7％。
实施例九
根据本发明，所用材料ZG06Cr13Ni4Mo各元素质量百分含量为：C 0.038％，Si 0.3％，Mn 0.52％，Cr 12.45％，Ni 3.85％，Mo 0.44％，S 0.005％，P 0.025％，Fe余量，试样尺寸为25×40×75mm。
先对试样进行1050℃正火处理，X射线衍射分析表明正火处理后的试样进行，正火后试样中不含奥氏体相，因此回火处理后得到试样中的奥氏体均为回火过程中产生的逆变奥氏体。
对正火后的试样以100℃/h的加热速率加热至680℃，保温240min后空冷至200℃，立即装至炉温为200℃的热处理炉中，而后以100℃/h的加热速率加热试样至610℃进行二次回火，保温240min后空冷至室温。试样经磨制、电解抛光后，进行X射线连续扫描，曲线见图10，定量分析表明奥氏体的体积含量为6％。
Claims (6)
1、一种控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，其特征是：通过对马氏体不锈钢热处理的回火温度、回火次数和一次回火终冷温度的控制达到控制逆变奥氏体含量。
2、根据权利要求1所述的控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，其特征在于：对正火后的OCr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢进行600～680℃一次回火，保温时间按铸件有效壁厚每毫米保温2～10min设定，得到体积分数0<Vγ<6％的逆变奥氏体。
3、根据权利要求1所述的控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，其特征在于：对正火后的OCr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢进行600～680℃一次回火后且冷至60℃以下，进行560～620℃二次回火，回火保温时间按铸件有效壁厚每毫米保温2～10min设定，得到体积分数10％<Vγ≤25％的逆变奥氏体。
4、根据权利要求1所述的控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，其特征在于：对正火后的OCr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢进行600～680℃一次回火后，冷至60～250℃之间，进行560～620℃二次回火，回火保温时间按铸件有效壁厚每毫米保温2～10min设定，得到体积分数6％≤Vγ≤10％的逆变奥氏体。
5、根据权利要求1所述的控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，其特征在于：OCr13Ni4～6Mo型马氏体不锈钢回火加热速率为30～200℃/h，回火冷却方式为自然空冷。
6、根据权利要求1所述的控制高强马氏体不锈钢中逆变奥氏体含量的方法，其特征在于：逆变奥氏体含量的测定是使用X射线衍射法测得的奥氏体的体积分数。
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2008
- 2008-09-17 CN CN200810013227A patent/CN101532079A/zh active Pending
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