CN105648175A - 一种提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料一次合格率的热处理方法及其用途 - Google Patents

一种提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料一次合格率的热处理方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料一次合格率的热处理方法及其用途，所述方法为：将经过固溶处理后的不锈钢材料，在640～660℃下进行一次时效处理然后冷却，再加热至640～660℃进行二次时效处理然后冷却，得到所需材料。本发明对经固溶处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料进行二次时效处理，使制得的材料具有良好的机械性能，产品的一次合格率可到97％以上，大大提高了热处理的生产效率，降低生产成本。

Description

一种提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料一次合格率的热处理方法及其用途
技术领域
本发明属于合金钢热加工领域，涉及一种0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法及其用途，尤其涉及一种提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料一次合格率的热处理方法及其用途。
背景技术
不锈钢可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢这五大钢类；马氏体沉淀硬化不锈钢是一种常见的沉淀硬化不锈钢，它是在马氏体基体上析出细小、弥漫的第二相，使合金达到高强度和高硬度，有许多这类的钢种可以在软化或退火状态下进行成型加工。0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)是1946年美国开发的马氏体沉淀硬化型不锈钢，具有相变硬化和时效硬化的特点，主要用于制造316℃以下工作的高强耐蚀部件，应用相当广泛，常用于大功率汽轮机发电设备所需的叶片用钢。
0Cr17Ni4Cu4Nb钢具有难变形易开裂的特点，该钢的固有特性是导热性低，变形抗力大，过热较敏感，冷却过程中承受多种应力(主要是热应力、马氏体相变应力和时效应力)作用；另外，从理论上来说，钢的熔点为1400～1440℃，按常规其加热温度最高可达1250℃，但是，由于钢中起沉淀硬化作用的Cu元素(钢中Cu含量高达4％，而Cu的熔点为1083℃)是低熔点物质，当加热温度为1200℃时，在钢锭表面易形成Cu的氧化物，热加工后在钢坯表面形成角裂，而较低加热温度，则增大变形抗力，热加工开坯困难，造成热加工温度范围比较窄，因此，该钢的生产工艺是“电炉浇铸钢锭+电渣重熔锭+锻压机热加工开坯+热加工成材”，另外生产过程中，钢锭、钢坯、钢材都必须进行退火处理(消除或缓解应力作用)。
CN1584064A公开了一种0Cr17Ni4Cu4Nb铸锭的轧制开坯生产方法，该方法采用均热炉加热电渣锭+初轧机二火轧制的开坯工艺：(1)一火加热：冷钢锭，入炉温度≤600℃保温1.5小时；热钢锭，入炉温度≤690℃保温1小时；以≤60℃/h升至950℃保温2小时，≤80℃/h升至1180℃保温4小时；阴阳面温差≤30℃出炉；(2)一火开坯：轧辊预热；辊速≤10转/分；开轧温度≥1150℃，终轧温度≥1050℃；压下量≤40mm；轧制道次≤14；(3)二火加热：1180℃保温1小时；(4)二火开坯：开轧温度≥1130℃，终轧温度≥1000℃；压下量≤50mm钢坯快速剪切，热装退火。
CN1584067A公开了一种0Cr17Ni4Cu4Nb电渣锭热送开坯的工艺方法，该方法，其特征是采用“电渣锭重熔”+“退火炉均温处理”+“电渣锭低温热送”的三步法热送工艺：(1)电渣锭熔炼一半时，结晶器冷却水流量是正常流量的50％；重熔结束后60min电渣锭脱模，脱模后15min内进退火炉；(2)钢锭入炉温度≥300℃；退火炉的保温温度680℃，时间4h；钢锭出炉温度670℃；(3)常规保温车热送电渣锭，待装车时间≤30min，卸车时间≤30min；热加工车间加热炉的待料温度650℃。
可见，0Cr17Ni4Cu4Nb材料锻造叶片传统的制造流程为锻造+热处理，这种流程由于没有考虑消除该材料锻件组织应力与温度应力对叶片变形的影响，会使叶片发生很大的变形，从而造成该叶片报废。并且，由于不同原料批次和不同热处理的影响，使由0Cr17Ni4Cu4Nb材料锻造的叶片出现Rp0.2偏高的情况，而补充时效处理又会导致强度偏度，这将导致叶片的重要性能指标达不到技术要求，产品的一次合格率偏低，仅为35～50％。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料一次合格率的热处理方法及其用途，所述方法通过二次时效处理解决了由0Cr17Ni4Cu4Nb材料经热加工处理锻造的叶片出现Rp0.2偏高的情况，而补充时效处理又会导致强度偏度，导致叶片的重要性能指标达不到技术要求，产品的一次合格率偏低的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，所述方法为：将经过固溶处理后的不锈钢材料，在640～660℃下进行一次时效处理然后冷却，再加热至640～660℃进行二次时效处理然后冷却，得到所需材料。
其中，一次时效处理的温度可为640℃、643℃、645℃、647℃、650℃、653℃、655℃、657℃或660℃等；二次时效处理的温度可为640℃、643℃、645℃、647℃、650℃、653℃、655℃、657℃或660℃等。
若时效处理超过660℃或低于640℃，都会使不锈钢材的Rp0.2超过规定值760MPa上限。
本发明中的固溶处理为现有技术中的常规固溶处理方法，具体过程是：将空气炉加热至1000～1200℃，然后将不锈钢材料放入空气炉中，在1000～1200℃下保温30～50min，然后取出不锈钢材料，空冷即可。
作为本发明的优选方案，在645～655℃下进行一次时效处理然后冷却，再加热至645～655℃进行二次时效处理然后冷却。
作为本发明的优选方案，所述一次时效处理的时间为120～300min，例如120min、150min、170min、200min、230min、250min、270min或300min等。
作为本发明的优选方案，所述二次时效处理的时间为120～300min，例如120min、150min、170min、200min、230min、250min、270min或300min等。
作为本发明的优选方案，所述冷却为空冷。
作为本发明的优选方案，所述空冷至25℃以下，例如25℃、20℃或15℃等。
作为本发明的优选方案，所述时效处理在热处理炉或回火炉中进行。
作为本发明的优选方案，将经过固溶处理后的不锈钢材料，在640～660℃下进行一次时效处理120～300min然后空冷至25℃以下，再加热至640～660℃下进行二次时效处理120～300min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
第二方面，本发明提供了一种上述0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法的用途，其用于处理以0Cr17Ni4Cu4Nb制成的汽轮机叶片、压气机叶片或鼓风机叶片，但并不限于此，还可以用于其他采用上述材料制备得到的产品中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明对经固溶处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料进行二次时效处理，使制得的材料的硬度达到262～321HBW，Rp0.2为586～758MPa，抗拉强度Rm≥896MPa，断裂伸长率为A4≥18％，产品的一次合格率可到97％以上，大大提高了热处理的生产效率，降低生产成本。
具体实施方式
以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
以下各实施例中采用的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料均是经常规固溶处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料，所述固溶处理可采用如下方法：
将空气炉加热至1000～1200℃，然后将不锈钢材料放入空气炉中，在1000～1200℃下保温30～50min，然后取出不锈钢材料，空冷即可。
实施例1：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，在650℃下进行一次时效处理180min然后空冷至25℃以下，再加热至650℃进行二次时效处理180min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
制得的材料的硬度达到28～298HBW，Rp0.2为710～730MPa，抗拉强度Rm930～950MPa，断裂伸长率为A422～22.5％，产品的一次合格率可到97.23％。
实施例2：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，在645℃下进行一次时效处理240min然后空冷至25℃以下，再加热至645℃进行二次时效处理240min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
制得的材料的硬度达到280～290HBW，Rp0.2为695～710MPa，抗拉强度Rm≥920～930MPa，断裂伸长率为A4≥22～23％，产品的一次合格率可到97.51％。
实施例3：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，在655℃下进行一次时效处理240min然后空冷至25℃以下，再加热至655℃进行二次时效处理120min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
制得的材料的硬度达到282～293HBW，Rp0.2为700～731MPa，抗拉强度Rm926～951MPa，断裂伸长率为A4≥22.5～23.5％，产品的一次合格率可到97.47％。
实施例4：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，在660℃下进行一次时效处理240min然后空冷至25℃以下，再加热至660℃进行二次时效处理180min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
制得的材料的硬度达到281～292HBW，Rp0.2为680～723MPa，抗拉强度Rm920～956MPa，断裂伸长率为A421.5～23％，产品的一次合格率可到97.26％。
实施例5：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，在640℃下进行一次时效处理180min然后空冷至25℃以下，再加热至640℃进行二次时效处理180min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
制得的材料的硬度达到282～293HBW，Rp0.2为680～715MPa，抗拉强度Rm931～955MPa，断裂伸长率为A422～23％，产品的一次合格率可到97.34％。
对比例1：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，仅进行一次时效热处理，在640～660℃下进行一次时效处理120～300min然后空冷至25℃以下，得到不锈钢材料。
制得的材料的硬度达到262～321HBW，Rp0.2为586～758MPa，抗拉强度Rm≥896MPa，断裂伸长率为A4≥18％，产品的一次合格率仅为36.36％，明显劣于本发明所得的不锈钢材料。
对比例2：
除了时效处理的温度为630℃外，其他步骤均与实施例1中相同，所得材料的硬度达到262～321HBW，Rp0.2为586～758MPa，抗拉强度Rm≥896MPa，断裂伸长率为A4≥18％，产品的一次合格率为0％，明显劣于本发明所得的不锈钢材料。
对比例3：
除了时效处理的温度为670℃外，其他步骤均与实施例1中相同，所得材料的硬度达到262～321HBW，Rp0.2为586～758MPa，抗拉强度Rm≥896MPa，断裂伸长率为A4≥18％，产品的一次合格率为11.3％，明显劣于本发明所得的不锈钢材料。
综合实施例1-5和对比例1-3的结果可以看出，本发明对经固溶处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料进行二次时效处理，使制得的材料的硬度达到262～321HBW，Rp0.2为586～758MPa，抗拉强度Rm≥896MPa，断裂伸长率为A4≥18％，产品的一次合格率可到97％以上，大大提高了热处理的生产效率，降低生产成本。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述方法为：将经过固溶处理后的不锈钢材料，在640～660℃下进行一次时效处理然后冷却，再加热至640～660℃进行二次时效处理然后冷却，得到所需材料。
2.根据权利要求1所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，在645～655℃下进行一次时效处理然后冷却，再加热至645～655℃进行二次时效处理然后冷却。
3.根据权利要求1或2所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述一次时效处理的时间为120～300min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述二次时效处理的时间为120～300min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述冷却为空冷。
6.根据权利要求5任一项所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述空冷至25℃以下。
7.根据权利要求1-6任一项所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述时效处理在热处理炉或回火炉中进行。
8.根据权利要求1-7任一项所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法，其特征在于，所述方法为：
将经过固溶处理后的不锈钢材料，在640～660℃下进行一次时效处理120～300min然后空冷至25℃以下，再加热至640～660℃进行二次时效处理120～300min然后空冷至25℃以下，得到所需材料。
9.根据权利要求1-8任一项所述的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理方法的用途，其用于处理以0Cr17Ni4Cu4Nb制成的汽轮机叶片、压气机叶片或鼓风机叶片。
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