CN103740913A - 高温锻制马氏体不锈钢热处理方法 - Google Patents
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Abstract
高温锻制马氏体不锈钢热处理方法，锻件入炉后经过包括固溶、第一次回火和第二次回火进行热处理；通过对热处理工艺温度、时间的控制和热处理设备的选择，满足了客户的机械性能要求，减少淬火和回火的次数，节约能源。采用空冷工艺并经过二段回火，避免了残余奥氏体项的析出，直接加热到奥氏体化热熔温度后空冷，选择合理回火温度，避免了应力的产生，并以记忆原理稳定材料在常温至高温下的性能。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢材料的热处理技术，具体涉及高温用锻制马氏体不锈钢ASTM A182-F6NM锻件的热处理工艺，尤其是高温锻制马氏体不锈钢热处理方法。
背景技术
马氏体不锈钢是一类通过淬火、回火等热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。淬火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体，或半马氏体，沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。
标准的马氏体不锈钢是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，有磁性；这些钢材的耐腐蚀性来自“铬”，其范围是从11.5至18%，铬含量愈高的钢材需碳含量愈高，以确保在热处理期间马氏体的形成，上述三种440型不锈钢很少被考虑做为需要焊接的应用，且440型成份的熔填金属不易取得。
标准马氏体钢材的改良，含有类如镍、钼、钒等的添加元素，主要是用于将标准钢材受限的容许工作温度提升至高于1100K，当添加这些元素时，碳含量也增加，随着碳含量的增加，在焊接物的硬化热影响区中避免龟裂的问题变成更严重。
马氏体不锈钢能在退火、和硬化与回火的状态下焊接，无论钢材的原先状态如何，经过焊接后都会在邻近焊道处产生一硬化的马氏体区，热影响区的硬度主要是取决于母材金属的碳含量，当硬度增加时，则韧性减少，且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度，是避免龟裂的最有效方法，为得最佳的性质，需焊后热处理。
这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。如Cr大于13%时，不存在γ相，此类合金为单相铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中加入奥氏体形成元素，以扩大来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，可根据Schaeffler图确定大致的组织。马氏体不锈钢主要为铬含量在12%-18%范围内的低碳或高碳钢。各国广泛应用的马氏体不锈钢钢种有如下3类：低碳及中碳13%Cr钢、高碳的18%Cr钢和和低碳含镍，约2%的17%Cr钢。马氏体不锈钢具备高强度和耐蚀性，1Cr13可以用来制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片、2Cr13蒸汽装备的轴和拉杆，以及4Cr13在腐蚀介质中工作的零件如活门、螺栓等。4Cr13、9Cr18碳含量较高的钢号则适用于制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。与铁素体不锈钢相似，在马氏体不锈钢中也可以加入其它合金元素来改进其他性能：1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如1Cr13S或4Cr13Se；2.加入约1%Mo及0.1% V，可以增加9Cr18钢的耐磨性及耐蚀性；3.加入约1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13钢的热强性。
马氏体不锈钢与调制钢一样，可以使用淬火、回火及退火处理。其力学性质与调制钢也相似：当硬度升高时，抗拉强度及屈服强度升高，而伸长率、截面收缩率及冲击功则随着降低。马氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量，而钢中的碳由于与铬形成稳定的碳化铬，又间接的影响了钢的耐蚀性。因此在13%Cr钢中，碳含量越低，则耐蚀性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四种钢中，其耐蚀性与强度的顺序恰好相反。
高温用锻制马氏体不锈钢ASTM A182-F6NM 固溶处理空冷可得到马氏体组织，经一定温度回火后部分马氏体发生逆转变，所形成的逆转变奥氏体以独立的榤状或片状晶粒形式分布在板条状低碳合金马氏体基体之间，使钢的韧性提高，在不明显降低强度的情况下改善塑性和焊接性。研究证明，这种逆转变奥氏体的热稳定性很高，在回火冷却过程中不易发生转变，以致室温下仍保留很大部分，但是，由于其机械稳定性差，将在受力变形时因塑变诱发相变为马氏体，这个相变过程将吸收大量变形功而提高材料的抗裂纹扩展能力。因此寻找合适的热处理工艺控制逆转变奥氏体含量，同时满足力学要求是工程实际中有待解决的问题。高温用锻制马氏体不锈钢(ASTM A182-F6NM)化学性能如下：
| c≤ | Mn | P≤ | S≤ | Si | Cr | Ni | Mo | |
| 0.03 | 0.50-1.00 | 0.025 | 0.025 | 0.30-0.60 | 12.00-14.00 | 3.50-4.50 | 0.30-0.70 |
其机械性能要求如下：抗拉强度/Mpa(σb) ≥655，收缩率/%(ψ) ≥35%，延伸率/%(δ5) ≥17%，屈服强度/δMpa(σ0.2) ≥517，冲击/J(aKv) ≥28J，-29℃ 硬度要求HBW 197-241。
中国专利申请号：201310349704.5一种14Cr17Ni2不锈钢热处理方法。14Cr17Ni2不锈钢锻造后立即装入热处理炉，升温到850℃±10℃保温1小时，继续升温到1000℃±10℃保温3小时，然后水冷15分钟，空冷到≤300℃；装入回火炉中，升温到650℃±10℃保温8小时，以≤50℃/h的速度降温到200℃±10℃保温4小时后出炉。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温锻制马氏体不锈钢热处理方法，提高了锻件的强度、硬度、塑性、韧性，更好满足使用的要求。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：锻件入炉后经过包括固溶、第一次回火和第二次回火进行热处理。
本发明的优点和效果：通过对热处理工艺温度、时间的控制和热处理设备的选择，满足了客户的机械性能要求，减少淬火和回火的次数，节约能源。采用空冷工艺并经过二段回火，避免了残余奥氏体项的析出，直接加热到奥氏体化热熔温度后空冷，选择合理回火温度，避免了应力的产生，并以记忆原理稳定材料在常温至高温下的性能。
附图说明
图1为本发明中热处理步骤示意图。
图2为本发明中热处理工艺曲线示意图
图3为本发明实施例1热处理工艺中第一次回火曲线示意图。
图4为本发明实施例1中热处理工艺中的第二次回火曲线示意图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明工艺中，锻件入炉后经过包括固溶、第一次回火和第二次回火进行热处理。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如附图2所示，锻件入炉后将炉温升温,加升温速度小于等于75℃／小时；当炉温升至500℃时使锻件保温1小时；以115℃／小时升温速度对炉继续加热，当炉温升至860℃时使锻件保温1小时, 以35℃／小时升温速度对炉继续加热,加热至1010～1038℃时，锻件均热后保温4～5小时；将锻件从炉内吊出空冷至室温；如附图3所示，第一次回火：锻件入炉将炉温以小于等于70℃／小时升温速度；将炉温升至691～718℃时使锻件保温5.5～7小时；将锻件从热处理炉吊出空冷至室温；如附图4所示，第二次回火：锻件入炉将炉温以小于等于70℃／小时升温速度；将炉温升至593℃-620℃，时使锻件保温5.5～7小时；将锻件从热处理炉吊出空冷至室温。
本发明使锻件的最终机械性能达到相关技术规范的要求。
Claims (1)
1.高温锻制马氏体不锈钢热处理方法,其特征在于，锻件入炉后经过包括固溶、第一次回火和第二次回火进行热处理；锻件入炉后将炉温升温,加升温速度小于等于75℃／小时；当炉温升至500℃时使锻件保温1小时；以115℃／小时升温速度对炉继续加热，当炉温升至860℃时使锻件保温1小时, 以35℃／小时升温速度对炉继续加热,加热至1010～1038℃时，锻件均热后保温4～5小时；将锻件从炉内吊出空冷至室温；第一次回火：锻件入炉将炉温以小于等于70℃／小时升温速度；将炉温升至691～718℃时使锻件保温5.5～7小时；将锻件从热处理炉吊出空冷至室温；第二次回火：锻件入炉将炉温以小于等于70℃／小时升温速度；将炉温升至593℃-620℃，时使锻件保温5.5～7小时；将锻件从热处理炉吊出空冷至室温。
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