CN106868424B - 一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法 - Google Patents

一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，准备炼制钢坯原料；将Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1430℃～1450℃形成铁水，在出钢温度为1530℃～1550℃时铸造成钢坯；将钢坯进行连续加热处理，升温至980℃～1030℃，保温30min～90min，再进行油淬处理，得到奥氏体钢；将奥氏体钢进行正火回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢。本发明得到的奥氏体钢具有良好的耐晶界腐蚀性能，提高了屈服强度，改善了结构韧性和加工塑性，使奥氏体不锈钢具有良好的综合性能。

Description

一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法
技术领域
本发明涉及铁基合金领域，具体涉及一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法。
背景技术
奥氏体钢是具有奥氏体结构组织的钢材，是碳钢中的一种重要类型。奥氏体钢的微观结构显现出层片状结构，通常是γ-Fe中形成少量的碳原子固溶体所形成的，其晶体结构为面心立方结构，碳原子等间隙原子位于体心、棱边中心以及八面体间隙的中心。由于奥氏体结构是最密排的点阵结构，因此致密度高于马氏体，具有相对较小的体积质量。而且奥氏体中溶解的碳原子使八面体结构容易产生结构畸变，导致奥氏体晶格点阵容易发生滑移，因此奥氏体钢具有良好的塑性性能，屈服强度相对较低，容易进行机械加工。当铁碳相图中添加的元素种类及含量达到一定程度时，高温下稳定的奥氏体相则可以在室温条件下稳定存在。由于奥氏体钢具有良好的加工性能和稳定的理化性能，使得奥氏体钢在钢材生产和使用中占据了主导的优势性地位。
为了进一步充分利用奥氏体钢的优良特性，通常在其中添加铬、镍、锰等元素，使奥氏体钢具有更好的延展性、耐腐蚀性、耐热性和机械加工性能。奥氏体不锈钢在耐蚀容器、餐具、家具、医疗器械、热交换器、锅炉组件、电机设备、食品工业、化工设备、航空航海等众多工业领域广泛应用。
中国专利CN201310398089.7公开了一种高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料，主要含有12.0～14.0％的铬元素、12.0～16.0％的镍元素、0.1～1.0％的锰元素以及1.0～3.0％的钼元素和0.1～1.0％的硅元素组成。但是该专利对于奥氏体不锈钢材料塑性和韧性的强化不够明显。
因此，针对现有技术的不足，需要发明一种从改善微观结构入手的方法来提高奥氏体钢结构韧性的处理方法。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1，准备炼制钢坯原料，所述钢坯由下述质量百分数的原料组成：Cr 13.5％～18.5％，Ni 10.4％～15.4％，Mn 5.7％～7.2％，C 0.03％～0.12％，Mo 2.4％～3.6％，Ti 1.8％～2.7％，Nb 0.35％～1.26％，Se 0.15％～0.75％，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤S2，炼钢：将所述质量百分数的Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1430℃～1450℃形成铁水，在出钢温度为1530℃～1550℃时铸造成钢坯；
步骤S3，奥氏体化：将步骤S2铸造形成的钢坯进行连续加热处理，升温至980℃～1030℃，保温30min～90min，再进行油淬处理，得到奥氏体钢；
步骤S4，韧性强化：将步骤S3得到的奥氏体钢进行正火回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢。
进一步地，步骤S1中，不可避免的杂质中含有：不超过0.002％的S和不超过0.001％的P。
进一步地，步骤S2中，感应加热炉的工作频率为：150Hz～2500Hz。
进一步地，步骤S3中，连续加热处理的升温速率为：30℃/min～40℃/min。
进一步地，步骤S3中，奥氏体钢的平均晶粒直径为：0.05mm～0.12mm。
进一步地，步骤S4中，正火回火的温度范围为：670℃～730℃，升温速率为：8℃/min～15℃/min。
进一步地，步骤S4中，韧性增强奥氏体钢的平均晶粒直径为：0.015mm～0.03mm。
进一步地，步骤S4中，韧性增强奥氏体钢的屈服强度为350MPa～420MPa，抗拉强度为750MPa～920MPa。
进一步地，步骤S4中，韧性增强奥氏体钢在30℃～300℃范围内的平均线膨胀系数为：15.9×10-6℃-1～16.6×10-6℃-1。
本发明的优点是：
1.本发明得到的奥氏体钢具有良好的耐晶界腐蚀性能，提高了屈服强度，改善了结构韧性和加工塑性，使奥氏体不锈钢具有良好的综合性能；
2.本发明的结构韧性处理方法操作便捷，易于控制，效果稳定，适用性广，通用性强；
3.本发明的结构韧性处理方法使奥氏体钢的微观晶粒结构得到了充分的细化，而且分布均匀，从根本上强化了奥氏体钢的结构韧性和力学性能。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1，准备炼制钢坯原料，所述钢坯由下述质量百分数的原料组成：Cr 13.5％，Ni 10.4％，Mn 5.7％，C 0.03％，Mo 2.4％，Ti 1.8％，Nb 0.35％，Se 0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中含有：0.002％的S和0.001％的P；
步骤S2，炼钢：将所述质量百分数的Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1430℃形成铁水，在出钢温度为1530℃时铸造成钢坯；其中，感应加热炉的工作频率为：150Hz；
步骤S3，奥氏体化：将步骤S2铸造形成的钢坯以30℃/min的升温速率进行连续加热处理，升温至980℃，保温30min，再进行油淬处理，得到平均晶粒直径为0.05mm的奥氏体钢；
步骤S4，韧性强化：将步骤S3得到的奥氏体钢进行正火回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢；其中，正火回火的温度为670℃，升温速率为8℃/min；韧性增强奥氏体钢的平均晶粒直径为0.015mm。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其屈服强度、抗拉强度和平均线膨胀系数，测试结果为：
实施例2
一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1，准备炼制钢坯原料，所述钢坯由下述质量百分数的原料组成：Cr 18.5％，Ni 15.4％，Mn 7.2％，C 0.12％，Mo 3.6％，Ti 2.7％，Nb 1.26％，Se 0.75％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中含有0.001％的S和0.0005％的P；
步骤S2，炼钢：将所述质量百分数的Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1450℃形成铁水，在出钢温度为1550℃时铸造成钢坯；其中，感应加热炉的工作频率为2500Hz；
步骤S3，奥氏体化：将步骤S2铸造形成的钢坯以40℃/min的升温速率进行连续加热处理，升温至1030℃，保温90min，再进行油淬处理，得到平均晶粒直径为0.12mm的奥氏体钢；
步骤S4，韧性强化：将步骤S3得到的奥氏体钢进行正火回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢；其中，正火回火的温度为730℃，升温速率为15℃/min；韧性增强奥氏体钢的平均晶粒直径为0.03mm。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其屈服强度、抗拉强度和平均线膨胀系数，测试结果为：
实施例3
一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1，准备炼制钢坯原料，所述钢坯由下述质量百分数的原料组成：Cr 16％，Ni12.9％，Mn 6.4％，C 0.075％，Mo 3％，Ti 2.2％，Nb 0.8％，Se 0.45％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中含有0.0005％的S和0.001％的P；
步骤S2，炼钢：将所述质量百分数的Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1440℃形成铁水，在出钢温度为1540℃时铸造成钢坯；其中，感应加热炉的工作频率为1300Hz；
步骤S3，奥氏体化：将步骤S2铸造形成的钢坯以35℃/min的升温速率进行连续加热处理，升温至1050℃，保温45min，再进行油淬处理，得到平均晶粒直径为0.08mm的奥氏体钢；
步骤S4，韧性强化：将步骤S3得到的奥氏体钢进行正火回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢；其中，正火回火的温度为700℃，升温速率为12℃/min；韧性增强奥氏体钢的平均晶粒直径为0.02mm。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其屈服强度、抗拉强度和平均线膨胀系数，测试结果为：
实施例4
一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1，准备炼制钢坯原料，所述钢坯由下述质量百分数的原料组成：Cr 17％，Ni11％，Mn 7％，C 0.05％，Mo 2.5％，Ti 2％，Nb 1％，Se 0.2％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中含有0.002％的S和0.001％的P；
步骤S2，炼钢：将所述质量百分数的Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1435℃形成铁水，在出钢温度为1545℃时铸造成钢坯；其中，感应加热炉的工作频率为：1600Hz；
步骤S3，奥氏体化：将步骤S2铸造形成的钢坯以32℃/min的升温速率进行连续加热处理，升温至1120℃，保温80min，再进行油淬处理，得到平均晶粒直径为0.1mm的奥氏体钢；
步骤S4，韧性强化：将步骤S3得到的奥氏体钢进行正火回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢；其中，正火回火的温度为710℃，升温速率为13℃/min；韧性增强奥氏体钢的平均晶粒直径为0.025mm。
针对本实施例制得的韧性增强奥氏体钢根据GB/T20878-2007标准测试其屈服强度、抗拉强度和平均线膨胀系数，测试结果为：
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，准备炼制钢坯原料，所述钢坯由下述质量百分数的原料组成：Cr 13.5％～18.5％，Ni 12.9％～15.4％，Mn 5.7％～7.2％，C 0.075％～0.12％，Mo 2.4％～3.6％，Ti1.8％～2.7％，Nb 0.35％～1.26％，Se 0.15％～0.75％，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤S2，炼钢：将所述质量百分数的Cr、Ni、Mn、C、Mo、Ti、Nb、Se和Fe单质投入到感应加热炉中，加热到1430℃～1450℃形成铁水，在出钢温度为1530℃～1545℃时铸造成钢坯；
步骤S3，奥氏体化：将步骤S2铸造形成的钢坯进行连续加热处理，升温至980℃～1030℃，保温30min～90min，再进行油淬处理，得到奥氏体钢；
步骤S4，韧性强化：将步骤S3得到的奥氏体钢进行正火后回火处理，再进行水淬处理，得到韧性增强奥氏体钢；所述正火后回火的温度范围为：670℃～730℃，升温速率为：8℃/min～15℃/min。
2.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述不可避免的杂质中含有：不超过0.002％的S和不超过0.001％的P。
3.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述感应加热炉的工作频率为：150Hz～2500Hz。
4.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述连续加热处理的升温速率为：30℃/min～40℃/min。
5.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述奥氏体钢的平均晶粒直径为：0.05mm～0.12mm。
6.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S4中，所述韧性增强奥氏体钢的平均晶粒直径为：0.015mm～0.03mm。
7.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S4中，所述韧性增强奥氏体钢的屈服强度为350MPa～420MPa，抗拉强度为750MPa～920MPa。
8.根据权利要求1所述的增强奥氏体钢结构韧性的处理方法，其特征在于，步骤S4中，所述韧性增强奥氏体钢在30℃～300℃范围内的平均线膨胀系数为：15.9×10-6℃-1～16.6×10-6℃-1。
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Application publication date: 20170620

Assignee: ZHEJIANG JINRUI HARDWARE RIGGING Co.,Ltd.

Assignor: ZHEJIANG INDUSTRY & TRADE VACATIONAL College

Contract record no.: X2023330000064

Denomination of invention: A Treatment Method for Enhancing the Toughness of Austenitic Steel Structures

Granted publication date: 20180731

License type: Common License

Record date: 20230308

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