CN104099455B - 沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法 - Google Patents
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Abstract
沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，它涉及沉淀硬化不锈钢热处理方法。本发明的目的要解决传统热处理工艺不能充分发挥高沉淀硬化不锈钢良好的综合力学性能的问题。方法：一、首先对沉淀硬化不锈钢进行非等温固溶处理；二、然后对沉淀硬化不锈钢进行深冷处理；三、最后对沉淀硬化不锈钢进行时效处理，即完成沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。优点：抗拉强度达到1580MPa～1605MPa，屈服强度达到1370MPa～1470MPa，延伸率为21％～25％，断面收缩率为58％～65％。本发明主要用于对沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。
Description
技术领域
本发明涉及沉淀硬化不锈钢热处理方法。
背景技术
沉淀硬化不锈钢是为了适应航空和航天事业的发展需求，在四、五十年代发展起来的一类高强钢，它是一种Fe-Cr-Ni合金，通过加入Nb、Mo、Al、V、N等元素，时效处理时析出沉淀强化相，提高合金的强度和韧性，使综合性能稳定，常被用作航空航天系统中的起落架接头、连接机翼的螺栓、发动机风扇轴等关键的承力零部件。沉淀硬化不锈钢中合金元素含量较高，一般在20％～30％，合金元素中Cr的含量最高，是最重要的合金元素，主要提高钢的耐腐蚀性能；Ni通常是配合Cr元素发挥作用，改变不锈钢的组织，使其加工性能、力学性能和耐腐蚀性能得到较大程度的改善，再根据不同的工程需求加入相应的其他合金元素，获得相应的综合性能。目前，沉淀硬化不锈钢的常用热处理工艺主要为固溶处理+时效处理。
沉淀硬化不锈钢经过固溶处理和时效处理后，可以获得较好的强度和塑性，一般抗拉强度可达1470MPa，屈服强度为1270MPa左右，延伸率为19％左右，断面收缩率通常在55％～60％之间。理论上，对于具有沉淀析出行为的材料，可以通过控制析出相的种类、形貌、大小以及分布情况等，调节其综合性能。由于航空航天事业的进一步发展，对于要求高载荷、高的综合力学性能的承力构件来说，这种综合性能有待进一步提高。因此传统热处理工艺不能充分发挥高沉淀硬化不锈钢良好的综合力学性能。
发明内容
本发明的目的要解决传统热处理工艺不能充分发挥高沉淀硬化不锈钢良好的综合力学性能的问题，而提供一种沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法。
沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，具体是按以下步骤完成的：
一、非等温固溶处理：以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1070℃～1085℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢；
二、深冷处理：对步骤一中得到的非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢进行深冷处理，在温度为-70℃下深冷处理120min，得到深冷处理后沉淀硬化不锈钢；
三、时效处理：以升温速率为2℃/min～5℃/min将深冷处理后沉淀硬化不锈钢升温至500℃～540℃，然后在温度为500℃～540℃下以降温速率为1.0℃/min进行时效处理120min，即完成沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。
步骤一中所述的沉淀硬化不锈钢为1Cr15Ni4Mo3N钢。
本发明优点：本发明处理后的沉淀硬化不锈钢的抗拉强度达到1580MPa～1605MPa，屈服强度达到1370MPa～1470MPa，延伸率为21％～25％，断面收缩率为58％～65％，与常规热处理工艺获得的沉淀硬化不锈钢的抗拉强度1470MPa，屈服强度1270MPa，延伸率为19％，断面收缩率通常在58％比较，抗拉强度提高120MPa左右，屈服强度提高100～200MPa，延伸率提高5％左右。经本发明非等温热处理方法处理后沉淀硬化不锈钢的综合力学性能比传统热处理工艺显著提高，同时本热处理方法适用于不同成分的沉淀硬化系列合金钢的热处理，获得优异的综合力学性能以满足不同的需求。
附图说明
图1为试验一步骤一处理后1Cr15Ni4Mo3N钢的金相组织照片；
图2为试验一步骤二处理后1Cr15Ni4Mo3N钢的金相组织照片；
图3为试验一时效处理后1Cr15Ni4Mo3N钢的金相组织照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：具体实施方式是沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，具体是按以下步骤完成的：
一、非等温固溶处理：以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1070℃～1085℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢；
二、深冷处理：对步骤一中得到的非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢进行深冷处理，在温度为-70℃下深冷处理120min，得到深冷处理后沉淀硬化不锈钢；
三、时效处理：以升温速率为2℃/min～5℃/min将深冷处理后沉淀硬化不锈钢升温至500℃～540℃，然后在温度为500℃～540℃下以降温速率为1.0℃/min进行时效处理120min，即完成沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。
本实施方式的沉淀硬化不锈钢的非等温固溶处理温度起始点比常规固溶处理温度高0～20℃，非等温时效处理温度起始点比常规时效处理温度高10～40℃，针对某一特定的沉淀硬化不锈钢的常规固溶和时效处理温度是固定的，且本领域技术人员根据公知常识很简单的就能够获得某沉淀硬化不锈钢的常规固溶和时效处理温度。
本实施方式将沉淀硬化不锈钢快速升温到常规固溶处理温度以上0～20℃之间，之后以0.5℃/min、1.0℃/min和1.5℃/min的降温速率非等温固溶处理，在保证一定的晶粒度的基础上使合金元素充分固溶，处理时间60min，空冷或风冷至室温。将经等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢在12h内进行深冷处理，在温度为-70℃下深冷120min，使残余奥氏体充分转变为马氏体。最后进行时效处理，将深冷处理后沉淀硬化不锈钢快速加热至常规时效温度以上10～40℃之间，随后以1℃/min的速率降温时效处理120min，析出沉淀硬化相。
本实施方式处理后的沉淀硬化不锈钢的抗拉强度达到1580MPa～1605MPa，屈服强度达到1370MPa～1470MPa，延伸率为21％～25％，断面收缩率为58％～65％，与常规热处理工艺获得的沉淀硬化不锈钢的抗拉强度1470MPa，屈服强度1270MPa，延伸率为19％，断面收缩率通常在58％比较，抗拉强度提高120MPa左右，屈服强度提高100～200MPa，延伸率提高5％左右。经本实施方式非等温热处理方法处理后沉淀硬化不锈钢的综合力学性能比传统热处理工艺显著提高，同时本热处理方法适用于不同成分的沉淀硬化系列合金钢的热处理，获得优异的综合力学性能以满足不同的需求。
本实施方式所述的沉淀硬化不锈钢具体成分如表1所示。
表1沉淀硬化不锈钢的成分(Wt.％)
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的沉淀硬化不锈钢为1Cr15Ni4Mo3N钢。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之不同点是：步骤一中以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1070℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之不同点是：步骤一中以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1085℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之不同点是：步骤三中以升温速率为2℃/min～5℃/min将深冷处理后沉淀硬化不锈钢升温至500℃，然后在温度为500℃下以降温速率为1.0℃/min进行时效处理120min，即完成沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。其他与具体实施方式一至四相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，具体是按以下步骤完成的：
一、非等温固溶处理：以升温速率为3℃/min将1Cr15Ni4Mo3N钢从室温升温至1070℃，然后以降温速率为1.0℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后1Cr15Ni4Mo3N钢；
二、深冷处理：对步骤一中得到的非等温固溶处理后1Cr15Ni4Mo3N钢进行深冷处理，在温度为-70℃下深冷处理120min，得到深冷处理后1Cr15Ni4Mo3N钢；
三、时效处理：以升温速率为3℃/min将深冷处理后1Cr15Ni4Mo3N钢升温至500℃，然后在温度为500℃下以降温速率为1.0℃/min进行时效处理120min，即完成1Cr15Ni4Mo3N钢高强韧非等温热处理。
对本试验处理后的1Cr15Ni4Mo3N钢进行性能检测，检测结果如下：抗拉强度为1604MPa，屈服强度为1460MPa，且延伸率达到24％，具有良好的综合力学性能。
根据GB/T13298-1991，1Cr15Ni4Mo3N钢金相检验国家标准，在室温条件下，利用型号为PMG3OLYMPUS的金相显微镜，对本试验非等温固溶处理、深冷和非等温时效后的1Cr15Ni4Mo3N钢进行金相组织分析，检测结果分别如图1至图3所示，图1为试验一步骤一处理后1Cr15Ni4Mo3N钢的金相组织照片；图2为试验一步骤二处理后1Cr15Ni4Mo3N钢的金相组织照片；图3为试验一时效处理后1Cr15Ni4Mo3N钢的金相组织照片。由图中可以看到经过热处理后得到马氏体板条组织，其强度、硬度较高，并且综合性能良好。
Claims (5)
1.沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，其特征在于沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法是按以下步骤完成的：
一、非等温固溶处理：以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1070℃～1085℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢；
二、深冷处理：对步骤一中得到的非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢进行深冷处理，在温度为-70℃下深冷处理120min，得到深冷处理后沉淀硬化不锈钢；
三、时效处理：以升温速率为2℃/min～5℃/min将深冷处理后沉淀硬化不锈钢升温至500℃～540℃，然后在温度为500℃～540℃下以降温速率为1.0℃/min进行时效处理120min，即完成沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。
2.根据权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，其特征在于步骤一中所述的沉淀硬化不锈钢为1Cr15Ni4Mo3N钢。
3.根据权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，其特征在于步骤一中以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1070℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢。
4.根据权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，其特征在于步骤一中以升温速率为2℃/min～5℃/min将沉淀硬化不锈钢从室温升温至1085℃，然后以降温速率为0.5℃/min～1.5℃/min非等温固溶处理60min，然后空冷或风冷至室温，得到非等温固溶处理后沉淀硬化不锈钢。
5.根据权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法，其特征在于步骤三中以升温速率为2℃/min～5℃/min将深冷处理后沉淀硬化不锈钢升温至500℃，然后在温度为500℃下以降温速率为1.0℃/min进行时效处理120min，即完成沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理。
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