CN102876854A

CN102876854A - 1Cr12马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的调质处理工艺方法

Info

Publication number: CN102876854A
Application number: CN2012103890932A
Authority: CN
Inventors: 李荣斌; 王良龙
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明涉及一种核岛堆内使用的1Cr12马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的调质处理工艺方法，包括以下步骤：升温：使炉具升至预定温度；保温：待炉具的温度稳定后，将锻件放进炉内，开始计时保温；淬火：保温时间到后，将锻件从炉具中取出，放入油槽中淬火至锻件表面温度低于100℃；高温回火：将淬火后的锻件放入炉具中回火，保温后放入油槽中，冷却至室温。本发明的油淬工艺避免了晶粒在高温下生长至过大的问题，使晶粒的尺寸控制在一定的范围内；另一方面，通过控制淬火的温度和保温时间，获得一种比较均匀的组织，最终优化材料的纵向综合力学性能。

Description

1Cr12马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的调质处理工艺方法

技术领域

本发明涉及一种核岛堆内常用的1Cr12马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的调质处理工艺。

背景技术

1Cr12马氏体不锈钢（按照美国ASTM标准为403钢）常作为核岛堆内压紧弹簧的用钢材料，该材料的调质处理工艺一般包括：升温、保温、淬火、高温回火等步骤。可以参考申请号为CN200910056854.0的中国发明专利申请“Z12CN13马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的热处理工艺方法”，以及申请号为CN201010582850.9的中国专利申请“核电堆内构件压紧弹簧用马氏体不锈钢锻件的热处理方法”，二者分别对两种其它的核岛堆内常用马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的调质工艺进行了介绍。

由于压紧弹簧件一般为重达几吨甚至十几吨的大型锻件，调质处理过程容易出现以下问题：(1)组织不合格；(2)综合机械性能不合格；(3)淬火易产生裂纹。其中综合机械性能不合格是一个亟待解决的难题。

发明人经过很多次的小件实验发现，1Cr12马氏体不锈钢的强度和侧向膨胀量呈现出此消彼长的规律。经常遇到的一个问题是，强度达到了要求，侧向膨胀量又降到了标准以下，反之亦如此。因此，如何优化调质处理工艺，提高该材料的综合机械性能，是业界亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种1Cr12马氏体不锈钢的调质处理工艺方法，解决长期困扰厂家强度和韧性两者相互矛盾的一个问题，使材料沿着锻造变形方向(纵向)的综合机械性能达到苛刻的用钢标准。

本发明所采用的技术方案是：一种1Cr12马氏体不锈钢压紧弹簧锻件的调质处理工艺方法，包括以下步骤：升温：使炉具升至预定温度；保温：待炉具的温度稳定后，将锻件放进炉内，开始计时保温；淬火：保温时间到后，将锻件从炉具中取出，放入油槽中淬火至锻件表面温度低于100℃；高温回火：将淬火后的锻件放入炉具中回火，保温后放入油槽中，冷却至室温。

优选的，升温过程中，使炉具在1小时内升至1010℃；保温步骤的时间为5小时；高温回火步骤中，在640℃下保温4小时。

与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：该淬火工艺避免了晶粒在高温下生长至过大的问题，使晶粒的尺寸控制在一定的范围内。另一方面，通过控制淬火的温度和保温时间，获得一种比较均匀的组织，特别是经过适当时间的保温，使材料中因冶炼或锻造中产生的高温δ铁素体尽可能的转变为奥氏体，从而获得一种比较均匀的室温组织。本发明最终使材料的纵向综合力学性能，特别是强度和侧向膨胀量，都达到了西屋公司苛刻的用钢要求。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本本发明的调质处理工艺的示意图；

图2a以及2b分别是经过对比例以及优选实施例的调质工艺之后，所得到的材料显微组织。

具体实施方式

由之前的介绍可知，1Cr12马氏体不锈钢的材料强度和侧向膨胀量呈此消彼长的规律，因此，发明人通过不断地调整淬火保温温度和时间、回火保温温度和时间以及冷却方式，最终得出了一套优化的调质工艺，从而使压紧弹簧沿着锻造变形方向(纵向)的材料的综合机械性能达到了使用要求。

本发明给出的调质工艺方法包括以下步骤：升温，保温，淬火和高温回火。下面参照图1，对各个工艺步骤进行详细解释。

升温：使箱式电阻炉在1小时内升至1010℃。

保温：待电阻炉的温度稳定后，将锻件放进炉内，开始计时保温，保温时间为5小时。

淬火：保温时间到后，将锻件从电阻炉中取出，放入油槽中淬火至锻件表面温度低于100℃。

高温回火：将淬火后的锻件放入箱式电阻炉(可以与之前的电阻炉非同一只)中回火，在640℃下保温4小时后放入油槽中，冷却至室温。

在以上的调质工艺中，所用的淬火和高温回火均采用油冷的冷却方式，该方式将带来有益效果。由于1Cr12马氏体不锈钢淬透性很好，即使空冷也可以得到马氏体。通过油冷的方式，有效地避免了水冷冷速过快引起的热应力，甚至热裂纹的产生；同时也规避了空冷冷速过慢所导致的效率低下问题。更重要的是，加快工件的冷却速度从一定程度上可以减少淬火时高温δ铁素体的析出，而回火时油冷则可以避免空冷至某温度段时回火脆性的产生。

对比实验

本对比试验所采用的1Cr12马氏体不锈钢实验材料取自锻后退火的大块钢锭，将其切割成的尺寸为17mm×21mm×90mm和55mm×22mm×22mm的试样，前者调质处理后用于制作公称直径为6.25mm、标距为25mm的拉伸测试试样；后者用于制作尺寸为10mm×10mm×55mm的v型缺口标准冲击试样。

实测该1Cr12马氏体不锈钢的成分(质量%)如下：

厂家一种常用的热处理工艺为，材料先经过1020℃下4小时的正火，再进行调质处理。其调质工艺为：在980℃下保温3小时后淬火风冷，随后在640℃下回火保温10小时，再进行空冷。所得到的力学性能数据如下表1：

表1

按照本发明以上实施例所提到调质工艺进行热处理，所得到的力学性能数据如下表2：

表2

由表1和表2对照可以看出，利用本发明实施例的调质工艺，产品的综合性能得到了明显的改善。另外，根据本工艺处理所得到显微组织(见附图2b)也比常规热处理工艺所得到的组织(见附图2a)更加均匀，尤其是高温δ铁素体的数量明显减小。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。