CN102286658A

CN102286658A - 一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法

Info

Publication number: CN102286658A
Application number: CN2011102484000A
Authority: CN
Inventors: 孙东立; 鲁学锟; 王清; 韩秀丽; 郭强; 武高辉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2011-12-21

Abstract

一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，它涉及一种提高奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法。本发明为了解决1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢构件在服役过程中发生尺寸变化，影响了仪表性能和寿命的问题。本发明的步骤：将电阻炉温度加热至300℃～500℃，保温10min，将试样放入电阻炉内，保温2h，空冷至室温；将试样放入冷热循环仪内进行冷热循环处理，具体步骤：步骤A，将试样放入冷热循环仪的热箱中，试样由室温升温至100℃，保温30min；步骤B，将试样由冷热循环仪的热箱转移至冷箱，试样由100℃降温至-60℃，保温10min；步骤C，将试样由冷热循环仪的冷箱中取出，试样由-60℃升温至室温；重复步骤A至C，重复次数为2～10次。本发明用于提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性。

Description

一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，具体涉及一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法。

背景技术

金属材料的尺寸稳定性对精密仪器仪表的精度和可靠性具有重大的影响。1Cr18Ni9Ti是亚稳奥氏体不锈钢，由于其耐蚀性好、无磁性、易于加工成型，在航天航空和机械制造等领域获得广泛的应用。过去人们对于不锈钢的力学性能十分重视，但是对这种不锈钢的尺寸稳定性问题重视不够，对于其尺寸稳定化工艺研究很少。目前在实际应用中缺少有效的尺寸稳定化处理，因此构件在服役过程中发生尺寸的变化，影响了仪表的性能和寿命。

1Cr18Ni9Ti钢在常温下为奥氏体，不能通过热处理进行相变强化。目前金属材料尺寸稳定化处理方法主要有以下几种：

(1)拉伸或压缩法：对形状简单的零件，淬火处理后利用其塑性高的特点在整个截面上进行永久性均匀塑性变形，使外加应力与残余应力进行叠加而产生塑性变形，使残余应力得以缓和和释放。大变形量加工强化后强度可达200公斤/毫米²，所以冷变形奥氏体不锈钢也广泛用于要求强度高且耐腐蚀的产品中。然而，不锈钢冷变形虽然可以强化，但是增加了对应力腐蚀的敏感性。

(2)振动时效法：此方法可以有效地降低机床铸件和大型焊接结构件的宏观残余应力。

(3)恒温时效法：长时间时效是降低残余应力常用的方法。它是将材料加热到一定温度下保温，然后空冷。加热温度越高，时间越长，应力降低效果越明显，但对于时效强化合金，加热温度超过时效温度后，将会显著软化，微塑性变形抗力相应降低。

(4)反淬火法：此方法是将有残余应力的零件投入温度为-196℃的液氮中，待冷透后迅速转移至沸水之中或用高速蒸汽喷射零件。该方法被认为是消除残余应力的成功方法之一，但用高速蒸汽喷射很难使复杂形状的零件各个面都获得相同的升温速度，因此，该方法只适用于简单形状的零件；

发明内容

本发明的目的是提供一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，以解决1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢构件在服役过程中发生尺寸变化，影响了仪表性能和寿命的问题。

本发明的技术方案是：一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法的具体步骤为：

步骤一，去应力退火：将电阻炉温度加热至300℃～500℃，并保温10min，然后将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样放入电阻炉内，保持炉温2h，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样从电阻炉内取出，在空气中冷却至室温，完成退火工艺；

步骤二，将退火后的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样放入冷热循环仪内进行冷热循环处理，冷热循环处理过程设定为先升温后降温，具体步骤为：步骤A，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样放入冷热循环仪的热箱中，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由室温升温至100℃，保温30min，升温速度为10℃/min；步骤B，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由冷热循环仪的热箱转移至冷箱，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由100℃降温至-60℃，保温10min；步骤C，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由冷热循环仪的冷箱中取出，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由-60℃升温至室温；重复上述步骤A至C，重复次数为2～10次，完成1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的提高。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定化处理工艺使1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的平均相对尺寸变化量

和稳态相对尺寸变化量

均控制在10^-6数量级，未经处理样品的平均相对尺寸变化量和稳态相对尺寸变化量

分别为6.51×10^-5和-65.83×10^-5，本发明的试样与未经处理样品比较，平均相对尺寸变化量

和稳态相对尺寸变化量

均减小1至2个数量级。经过本发明的方法处理的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢构件尺寸稳定，在服役过程中尺寸变化小，从而提高了仪表的性能和寿命。

附图说明

图1是本发明的提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法的工艺流程图，图2是采用本发明的提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法得到的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的位错胞显微组织照片，图3是采用本发明的提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法得到的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的位错网络显微组织照片。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法的具体步骤为：

上述步骤中所述室温为20℃。

本实施方式在DIL402型热膨胀仪上测试试样的动态尺寸稳定性。冷热循环温度范围根据材料的服役条件设定为-40℃～90℃，用多次冷热循环后的平均相对尺寸变化量

和稳态相对尺寸变化量

来评价1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的尺寸稳定性。

在冷热循环条件下，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样经不同次数的循环后，其相对尺寸的变化量可用下式表示：

\frac{Δ L_{i}}{L_{o}} = \frac{L_{i} - L_{o}}{L_{o}} - - - (1)

式中

L₀-试样在起始测试点20℃的尺寸；

L_i-试样经i次冷热循环后在20℃测量时的尺寸。

将

对冷热循环次数作图，得到试样在冷热循环条件下相对尺寸变化量与循环次数的关系曲线，用该曲线可表征材料的尺寸稳定性。

冷热循环N次后1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样平均相对尺寸变化量可以表示为：

\overset{&OverBar;}{Δ} = \frac{Σ | \frac{L_{i} - L_{i - 1}}{L_{o}} |}{N}

(2)

i＝1，2...N

式中

L_o——试样在起始测试点(20℃)的尺寸；

L_i——试样经i次冷热循环后在20℃测量时的尺寸。

N为总循环次数。

具体实施方式二：本实施方式的步骤一中，将电阻炉温度加热至450℃，步骤二中重复步骤A至C，重复次数为3次。1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的稳态相对尺寸变化量为-2.17×10^-5。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式的步骤一中，将电阻炉温度加热至475℃，步骤二中重复步骤A至C，重复次数为3次。1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的稳态相对尺寸变化量为-1.98×10^-5。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式的步骤一中，将电阻炉温度加热至500℃，步骤二中重复步骤A至C，重复次数为3次。1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的稳态相对尺寸变化量为-0.52×10^-5。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式五，本实施方式的步骤二中，首先将退火后的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样采用钛网包裹悬吊后再放入冷热循环仪内进行冷热循环处理。防止1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样从热箱转入冷箱的过程中跌落。其它步骤与具体实施方式一、二、三或四相同。

实施例：先将电阻炉温度加热至500℃，并保温10min，保温10min的目的在于保证炉温的稳定，然后将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样放入电阻炉内，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的规格为25×4.5×4.5mm，保持炉温2h，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样从电阻炉内取出，在空气中冷却至室温，至此完成500℃退火工艺；将退火后的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样采用钛网包裹悬吊后再放入冷热循环仪内进行冷热循环处理，冷热循环处理过程设定为先升温后降温，具体步骤为：步骤A，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样放入冷热循环仪的热箱中，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由室温升温至100℃，保温30min，升温速度为10℃/min；步骤B，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由冷热循环仪的热箱转移至冷箱，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由100℃降温至-60℃，保温10min；步骤C，将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由冷热循环仪的冷箱中取出，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样由-60℃升温至室温；重复上述步骤A至C，重复次数为3次，完成1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的提高。

将经冷热循环处理的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢在DIL-402热膨胀仪上测试尺寸稳定性。原始态试样和经尺寸稳定化工艺处理的试样在热膨胀仪上冷热循环10次后的平均相对尺寸变化量

和稳态相对尺寸变化量

的对照数据如表1：

表1

由表1数据可知，经去应力退火，再经冷热循环稳定化处理后，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样的平均尺寸变化量和稳态尺寸相对变化量均小于原始试样，平均相对尺寸变化量和稳态相对尺寸变化量分别为0.13×10^-5和-0.52×10^-5，相比于原始试样，减少了98％和99.21％。应用上述提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，使得平均相对尺寸变化量

降低一个数量级，稳态相对尺寸变化量

减小两个数量级。由图2和图3可知，经过此种稳定化处理后的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样位错胞内位错密度进一步减少，并且形成了位错网络。

Claims

1.一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，其特征在于：提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法的具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，将电阻炉温度加热至450℃，步骤二中重复步骤A至C，重复次数为3次。

3.根据权利要求1所述的一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，将电阻炉温度加热至475℃，步骤二中重复步骤A至C，重复次数为3次。

4.根据权利要求1所述的一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，其特征在于：步骤一中，将电阻炉温度加热至500℃，步骤二中重复步骤A至C，重复次数为3次。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法，其特征在于：步骤二中，首先将退火后的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢试样采用钛网包裹悬吊后再放入冷热循环仪内进行冷热循环处理。