CN105714063B - 一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法 - Google Patents
一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于不锈钢杆件制备方法技术领域，特别涉及一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法。本发明方法包括如下步骤：1、真空熔炼铸锭；2、热锻开坯制取棒坯；3、高温静液挤压形变热处理改善材料组织；4、冷静液挤压近净成形表面改性；5、真空或气体保护时效热处理强化。使用本发明方法制备的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒兼具高强度、高韧性、高耐蚀、高耐磨等特性，可用于制造高负荷轴杆类零件，尤其适于加工腐蚀气氛下使用的高压阀门的阀芯及其他小型承载阀杆类零件。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢杆件制备方法技术领域，特别涉及一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法。
背景技术
0Cr17Ni4Cu4Nb是马氏体沉淀硬化型不锈钢，因含C量低，镍、铬量高，所以耐蚀性好，其耐腐蚀性和304、430等相差无几。又由于含有较多铜和铌元素，能在热处理过程中沉淀析出，强化晶粒组织结构，故又具有较高强度硬度，因此在石油、化工、核电阀门中得到大量应用。许多高压腐蚀环境用阀门均采用作为细长阀杆及固定轴、密封阀芯等关键部件。因为0Cr17Ni4Cu4Nb强度高，塑性较差，在常规加工工艺中，力学性能通过变动热处理工艺予以调整。马氏体相变和时效处理形成沉淀硬化相是其主要强化手段。但由于热处理过程较为复杂，通过热处理能达到的高强度仅为1400Mpa左右，且高强状态下韧性和耐蚀性降低较多，难以满足高压阀芯阀杆等高温高压摩擦环境下的使用要求。因此，通过改进加工工艺，使0Cr17Ni4Cu4Nb合金同时具备高强、高韧、并保持良好的耐蚀性能，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒材的制备方法，解决了传统工艺中材料强度难以进一步提高且单纯依靠热处理实现材料强化所导致的耐蚀性降低等问题。
针对现有技术不足，本发明提供了一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：提供一种0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒材的制备方法，首先采用真空熔炼制作低碳低硫低磷纯净化坯料，通过高温静液挤压形变热处理方法获得细小均匀的马氏体组织，通过冷静液挤压，在获得接近产品尺寸的棒料同时，对棒料表面进行强化处理，最后经过时效热处理，得到的高强度0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒料，这种棒料表层具有很高的硬度，芯部高强高韧，同时具有良好的耐蚀性，是理想的高性能细长轴杆用料。
一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其包括如下步骤：
(1)0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢熔炼铸造：
按以下比例配合金料：Ni：3wt％～5wt％，Cr：15.5wt％～17.5wt％，Cu：3wt％～5wt％，Nb：2.5wt％～4.5wt％，其余为Fe；均匀混合后，经过真空熔炼得到铸锭；
(2)将步骤(1)所得铸锭进行热锻或热轧开坯获取棒坯；锻造比不小于4，终锻温度不小于900℃；
(3)热静液挤压形变热处理：
使用热静液挤压工艺对步骤(2)所得棒坯进行挤压加工并在棒料挤出后立即进行冷却处理，以获取有利于析出强化的马氏体组织；
(4)冷静液挤压出棒料：
采用冷静液挤压工艺对步骤(3)多的棒料进行冷加工，可以对不锈钢内奥氏体组织进行强化，同时增加马氏体组织位错密度，有利于增强后续时效析出强化效果；
(5)真空或气体保护时效热处理强化，得到一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒。
步骤(1)所述铸锭中C的质量分数不大于0.025％，S的质量分数不大于0.02％，P的质量分数不大于0.02％。
步骤(2)中所述棒坯晶粒度应不小于3级。
步骤(3)中所述热静液挤压的温度为1000℃～1200℃，挤压比为5～12，模具角度为30°～60°，挤压速度为15mm/s～30mm/s。
步骤(3)中挤压出料温度为850℃～1050℃，并且对挤出棒料立即进行喷液冷却，实现固溶处理。
步骤(4)中所述冷静液挤压的挤压变形率为15％～25％，挤压模具角度为70°～120°，挤压后棒料的尺寸大于零件尺寸1mm～3mm。
步骤(5)中所述时效热处理的温度为490℃～510℃，保温时间为6h～10h。
本发明的有益效果是：
提供一种0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒材的制备方法，首先将挤压变形与固熔处理相结合，通过热静液挤压形变热处理工艺对坯料进行改性加工，获得细小均匀马氏体组织，即有利于提高材料的塑性，又有利于时效强化效果的实现。通过冷静液挤压对材料表面进行冷变形，对棒料进行表面强化，增强时效效果，使得后续时效温度较高的制度下依然可以保证棒料具备很高的强度和表面硬度，，经本发明方法处理后的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒材，强度较常规工艺提高10％以上(1550Mpa)，表面硬度达到HRc47，腐蚀性能保持不变，解决了传统上单纯依赖热处理，强度、耐蚀性都很难提高的问题，方法简单，适合于对轴杆零件有特殊强度、韧性、耐磨性、耐蚀性要求的产品应用。
具体实施方式
本发明提供了一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
采用本发明方法制取一种高压阀门用密封阀芯，阀芯直径15mm，要求强度不小于1500Mpa，表面硬度HRc不小于47，晶粒度不小于7级。制备0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢棒的实施工艺如下：
1、50公斤真空中频炉熔炼铸锭，按以下比例配合金料：按以下比例配合金料：Ni：3wt％～5wt％，Cr：15.5wt％～17.5wt％，Cu：3wt％～5wt％，Nb：2.5wt％～4.5wt％，其余为Fe；均匀混合后，经过真空熔炼得到铸锭；所得铸锭中C的质量分数不大于0.025％，S的质量分数不大于0.02％，P的质量分数不大于0.02％；
2、热锻开坯获取棒坯：锻造比为5，终锻温度不小于900℃，棒坯直径为80mm；
3、热静液挤压淬火形变热处理：机加工后，热静液挤压棒坯直径为棒坯加热温度为1080℃，挤压比为10，挤压速度为20mm/s，挤出直径为mm的棒料，棒料出模温度约900℃，棒料出模后立即进行喷水冷却；
4、冷静液挤压出棒料：机加工出直径为的棒料，进行冷静液挤压加工，模具角度为75°，变形率为26％，获得直径为的棒料；
5、真空时效处理：在真空炉内进行时效处理，温度为495℃，保温时间为6小时，真空度不大于50Pa，得到一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材。
采用上述工艺制备得到的的直径为18mm的0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材，其强度＞1500Mpa，晶粒度＞7级，在直径范围内硬度HRc＞47，可以满足制备高压阀芯的要求。
Claims (4)
1.一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢熔炼铸造：
按以下比例配合金料：Ni：3wt％～5wt％，Cr：15.5wt％～17.5wt％，Cu：3wt％～5wt％，Nb：2.5wt％～4.5wt％，其余为Fe；均匀混合后，经过真空熔炼得到铸锭；
(2)将步骤(1)所得铸锭进行热锻或热轧开坯获取棒坯；锻造比不小于4，终锻温度不小于900℃；
(3)热静液挤压形变热处理：
使用热静液挤压工艺对步骤(2)所得棒坯进行挤压加工并在棒料挤出后立即进行冷却处理；
(4)冷静液挤压出棒料：采用冷静液挤压工艺对步骤(3)所得棒料进行冷加工；
(5)真空或气体保护时效热处理强化，得到一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材；
步骤(3)中所述热静液挤压的温度为1000℃～1200℃，挤压比为5～12，模具角度为30°～60°，挤压速度为15mm/s～30mm/s；挤压出料温度为850℃～1050℃，并且对挤出棒料立即进行喷液冷却，实现固溶处理；
步骤(4)中所述冷静液挤压的挤压变形率为15％～25％，挤压模具角度为70°～120°，挤压后棒料的尺寸大于零件尺寸1mm～3mm。
2.根据权利要求1所述的一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铸锭中C的质量分数不大于0.025％，S的质量分数不大于0.02％，P的质量分数不大于0.02％。
3.根据权利要求1所述的一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述棒坯晶粒度应不小于3级。
4.根据权利要求1所述的一种0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述时效热处理的温度为490℃～510℃，保温时间为6h～10h。
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