CN103555895A - 三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法 - Google Patents
三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法，在零件的最终热处理淬火+回火前，增加了两次细化晶粒的热处理淬火工序，这两次淬火工序比原淬火工序低100℃左右，使晶粒均匀细化。本发明针对2Cr10NiMoVNb合金锻件组织中存在的晶粒粗细不均匀，采用中温（奥氏体转变温度以上150℃-250℃左右）+低温（奥氏体转变温度以上100℃-200℃左右）+高温（奥氏体转变温度以上300℃左右）的组合淬火搭配，使锻件反复进行奥氏体～马氏体转变，在转变过程中使粗大晶粒逐步细化，最终使合金组织均匀化，晶粒细化。采取的细化晶粒的热处理工艺简单，通过加热保温、空冷就可以实现，避免采用复杂的工艺方法。
Description
技术领域
本发明涉及锻造及热处理领域，具体是一种三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法。
背景技术
对于马氏体不锈钢，若加热温度过高超过1200℃，或锻造变形太小或变形不均匀，则冷却后形成粗大马氏体组织和低倍粗晶的倾向性很大，往往在锻件热处理后在表面锻件出现低倍粗晶，粗晶的存在会显著降低材料的机械性能、抗晶间腐蚀性能、焊接性能。
2Cr10NiMoVNb是一种12%铬型马氏体热强不锈钢。该钢具有较高的热强性能、抗蠕变性能、热稳定性、抗氧化性能和疲劳性能。适用于制造航空发动机的高压压气机盘、隔圈及密封圈等重要部件。2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件传统的热处理制度是1150℃，油淬+540℃，4h，空冷，580℃，4h，空冷。该热处理制度只能保证力学性能，不能细化晶粒，因此当锻造变形太小、锻造加热温度过高、变形不均匀时，会在热处理后在锻件表面形成粗大的晶粒。
经检索国内外专利文献，检索出专利如下：
在公开号为CN102489693A的发明创造中，公开了一种晶粒细化的铝合金铸锭的制备方法。该发明方法步骤，包括：a)将铝合金熔体从熔炼炉中进入静置炉中进行第一次精炼；b)将第一次精炼的铝合金熔体从静置炉通过第一流槽进入排气系统进行第二次精炼；c)第二次精炼的铝合金熔体通过第二流槽时向所述第二次精炼的铝合金熔体中加入晶粒细化剂；所述晶粒细化剂选用直径为
的Al-5Ti-1B丝；d)加入晶粒细化剂的铝合金熔体通过第二流槽进入铸造机中进行结晶，得到铝合金铸锭。该发明是通过改善合金的熔炼方法用于细化晶粒，但不适用于马氏体不锈钢的晶粒细化。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法，降低粗晶对锻件的机械性能、抗晶间腐蚀性能、焊接性能的影响。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：第一次淬火：先将空气炉加热至950℃～1050℃，将2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件放入空气炉中，并升温至950℃～1050℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第一次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；
步骤2：第二次淬火：先将空气炉加热至900℃～1000℃，将锻件放入空气炉中，并升温至900℃～1000℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第二次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；
步骤3：第三次淬火：先将空气炉加热至1150℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1150℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于冷却油中冷却至20℃以下，得到第三次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；
步骤4：第一次回火：先将空气炉加热至540℃，将锻件放入空气炉中，并升温至540℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下；
步骤5：第二次回火：先将空气炉加热至580℃，将锻件放入空气炉中，并升温至580℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下，得到晶粒细化后的锻件。
有益效果
本发明在零件的最终热处理淬火+回火前，增加了两次细化晶粒的热处理淬火工序，这两次淬火工序比原淬火工序低100℃左右，使晶粒均匀细化。本发明针对2Cr10NiMoVNb合金锻件组织中存在的晶粒粗细不均匀，采用中温（奥氏体转变温度以上150℃—250℃左右）+低温（奥氏体转变温度以上100℃—200℃左右）+高温（奥氏体转变温度以上300℃左右）的组合淬火搭配，使锻件反复进行奥氏体～马氏体转变，在转变过程中使粗大晶粒逐步细化，最终使合金组织均匀化，晶粒细化。采取的细化晶粒的热处理工艺简单，通过加热保温、空冷就可以实现，避免采用复杂的工艺方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
实施例1：
本实施例是一种细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法。所述锻件为圆饼形工件。该圆饼形工件在没有三次淬火细化晶粒热处理之前，正常的热处理制度为淬火+回火，经常在零件表面出现粗晶，局部晶粒达(3～4)mm。
本实施例的具体过程是：
步骤1：第一次淬火：先将空气炉加热至950℃，将锻件放入空气炉中，并升温至950℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第一次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；本实施例中锻件的最大厚度为20毫米，按30分钟+2.5分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间80分钟。
步骤2：第二次淬火：先将空气炉加热至900℃，将锻件放入空气炉中，并升温至900℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第二次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；同样，本实施例中本步骤中的保温时间80分钟。
步骤3：第三次淬火：先将空气炉加热至1150℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1150℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于冷却油中冷却至20℃以下，得到第三次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；同样，本实施例中本步骤中的保温时间80分钟。
步骤4：第一次回火：先将空气炉加热至540℃，将锻件放入空气炉中，并升温至540℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下；
步骤5：第二次回火：先将空气炉加热至580℃，将锻件放入空气炉中，并升温至580℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下，得到晶粒细化后的锻件。
表1给出了传统淬火+两次回火与本实施例中三次淬火+两次回火后锻件表面晶粒的对比：
表1
从测试结果看出，经细化晶粒处理后的圆饼形工件表面粗晶消失。
实施例2：
本实施例是一种细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法。所述锻件为环形工件。该环形工件在没有三次淬火细化晶粒热处理之前，正常的热处理制度为淬火+回火，经常在零件表面出现粗晶，局部晶粒达(2～3)mm。
本实施例的具体过程是：
步骤1：第一次淬火：先将空气炉加热至1000℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1000℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第一次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；本实施例中锻件的最大厚度为25毫米，按30分钟+2分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间80分钟。
步骤2：第二次淬火：先将空气炉加热至950℃，将锻件放入空气炉中，并升温至950℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第二次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；同样，本实施例中本步骤中的保温时间80分钟。
步骤3：第三次淬火：先将空气炉加热至1150℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1150℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于冷却油中冷却至20℃以下，得到第三次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；同样，本实施例中本步骤中的保温时间80分钟。
步骤4：第一次回火：先将空气炉加热至540℃，将锻件放入空气炉中，并升温至540℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下；
步骤5：第二次回火：先将空气炉加热至580℃，将锻件放入空气炉中，并升温至580℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下，得到晶粒细化后的锻件。
表2给出了传统淬火+两次回火与本实施例中三次淬火+两次回火后锻件表面晶粒的对比：
表2
从测试结果看出，经细化晶粒处理后的工件表面粗晶消失。
实施例3：
本实施例是一种细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法。所述锻件为长方体形工件。该长方体形工件在没有三次淬火细化晶粒热处理之前，正常的热处理制度为淬火+回火，经常在零件表面出现粗晶，局部晶粒达(4～5)mm。
本实施例的具体过程是：
步骤1：第一次淬火：先将空气炉加热至1050℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1050℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第一次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；本实施例中锻件的最大厚度为30毫米，按30分钟+3分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间120分钟。
步骤2：第二次淬火：先将空气炉加热至1000℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1000℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第二次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；同样，本实施例中本步骤中的保温时间120分钟。
步骤3：第三次淬火：先将空气炉加热至1150℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1150℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于冷却油中冷却至20℃以下，得到第三次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；同样，本实施例中本步骤中的保温时间120分钟。
步骤4：第一次回火：先将空气炉加热至540℃，将锻件放入空气炉中，并升温至540℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下；
步骤5：第二次回火：先将空气炉加热至580℃，将锻件放入空气炉中，并升温至580℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下，得到晶粒细化后的锻件。
表3给出了传统淬火+两次回火与本实施例中三次淬火+两次回火后锻件表面晶粒的对比：
表3
从测试结果看出，经细化晶粒处理后的工件表面粗晶消失。
Claims (1)
1.一种三次淬火细化2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件表层晶粒的方法，其特征在于：采用
以下步骤：
步骤1：第一次淬火：先将空气炉加热至950℃～1050℃，将2Cr10NiMoVNb不锈钢锻件放入空气炉中，并升温至950℃～1050℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第一次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；
步骤2：第二次淬火：先将空气炉加热至900℃～1000℃，将锻件放入空气炉中，并升温至900℃～1000℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于空气中冷却至20℃以下，得到第二次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；
步骤3：第三次淬火：先将空气炉加热至1150℃，将锻件放入空气炉中，并升温至1150℃，而后保温；保温结束后，取出锻件置于冷却油中冷却至20℃以下，得到第三次淬火后的锻件；其中本步骤的保温时间由基础保温时间和根据锻件的最大厚度确定的保温时间相加得到；基础保温时间为30min，根据锻件的最大厚度确定的保温时间是：锻件每毫米厚度对应的保温时间为2～3分钟；
步骤4：第一次回火：先将空气炉加热至540℃，将锻件放入空气炉中，并升温至540℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下；
步骤5：第二次回火：先将空气炉加热至580℃，将锻件放入空气炉中，并升温至580℃，保温240min；保温结束后，锻件空冷至20℃以下，得到晶粒细化后的锻件。
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