CN108546811A - 一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控制轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法。具体包括以下步骤：1）坯料加热：将钢坯于1180~1250℃均热处理，使合金元素充分扩散分布均匀；2）控制轧制：实施两阶段轧制，第一阶段在温度950℃~1150℃，实施大压下量轧制；第二阶段在800~900℃Laves相析出温度区间实施连续多道次轧制，单道次变形量不低于15%；3）控制冷却：轧后实施加速冷却，冷却速度＞10℃/s，终冷温度不高于400℃。本发明主要利用马氏体时效不锈钢800~900℃形成Laves相细化晶粒，适用于含有一定含量的Mo或/和Ti元素的马氏体时效不锈钢。该方法生产的马氏体时效不锈钢成品晶粒度等级可达9级以上。

Description

一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控制轧制方法
技术领域
本发明涉及马氏体时效不锈钢，特别涉及一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控制轧制方法。
背景技术
马氏体时效不锈钢是20世纪60年代后期在马氏体时效钢基础上发展起来的一个新系列。该钢种打破了以碳作为主要强化元素的传统方法，采用低碳马氏体相变强化和时效强化效应叠加的手段使钢具有超高强度的同时，还具有优异的综合性能。它具有马氏体时效钢的高强度、高韧性、易加工成型、热处理简便及焊接性能良好等优点外，还有优良的耐蚀性，在机械、化工、原子能等工业领域有着广阔的应用前景。因其具有良好的强韧性与耐蚀性，广泛的应用在航空、航天、核技术、武器装备、舰船等高科技领域的承力耐蚀(或高温)部件。
但当前马氏体时效不锈钢的发展也面临着一个突出的问题，即强韧性配合不够优异，如何在保证马氏体时效不锈钢高强度的同时，进一步提高其韧性具有重要的理论意义和应用价值。
细化晶粒对同时提高马氏体时效不锈钢的强度、韧性、塑性具有独特作用。由于马氏体时效不锈钢通常具有极低的碳含量(≤0.03％)，即使加入钒、铌等微合金元素，也难以形成足够的碳化钒和/或碳化铌在锻造或轧制及后续热处理过程中起到细化晶粒的效果，正常锻造/热轧后晶粒度评级4～6级。为了细化马氏体时效不锈钢的晶粒，常用方法主要有如下几种：固溶热处理过程中进行形变热处理、冷加工后进行固溶热处理和反复循环相变热处理等。形变热处理获得超细的晶粒比较困难，同时又往往出现混晶现象；冷变形之后，固溶热处理能获得细的晶粒，但加工变形处理容易在钢中产生织构，使马氏体时效不锈钢的性能具有方向性，从而限制了马氏体时效不锈钢在某些关键件上的应用。循环固溶热处理利用马氏体组织在加热向奥氏体逆转变时发生相变冷作硬化再结晶的特点，通过反复等温或变温循环热处理细化晶粒，提高了生产成本且效果由于操作温度的选择往往不尽如人意。
本发明提供一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控制轧制方法，利用马氏体时效不锈钢高温Laves相在材料轧制过程实现晶粒细化，获得晶粒度9级以上的细小组织。具有细小初始组织的材料经固溶+时效热处理后最终获得优异的强韧性配合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种马氏体时效不锈钢的控制轧制方法，通过本发明可使马氏体时效钢的晶粒细化至9级晶粒度以上。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法，具体包括以下步骤：
1)坯料加热：将钢坯于1180～1250℃均热处理，使合金元素充分扩散分布均匀；
2)控制轧制：实施两阶段轧制，第一阶段在温度950℃～1150℃，实施大压下量轧制；第二阶段在800～900℃Laves相析出温度区间实施连续多道次轧制，单道次变形量不低于15％；
3)控制冷却：轧后实施加速冷却，冷却速度＞10℃/s，终冷温度不高于400℃。
所述的步骤2)中，第一阶段在温度950℃～1150℃，实施的大压下量轧制是由多道次轧制完成，每一道次的变形量在20～40％之间；
所述的步骤2)中，第二阶段在800～900℃Laves相析出温度区间实施的连续多道次轧制，是经2～5道次轧制制成板坯或圆棒。
本发明采用的马氏体时效不锈钢含有一定含量的Mo和Ti元素，800～900℃高温下可形成Laves相，具体成分组成以质量百分比计，含有0.03％及以下的C、10.0～13.0％的Cr、9.0～12.0％的Ni、0.5～2.5％的Mo、0.8～1.8％的Ti，其余部分为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述的马氏体时效不锈钢成品晶粒度等级为9级以上。
下面对本发明的技术原理及特点进行进一步说明：
马氏体时效不锈钢通常具有较高的合金含量，为了保证最终产品的成分和组织均匀性，在轧制前应在1180～1250℃进行高温均质化处理，消除初始成分偏析，并使合金元素充分溶解、分布均匀。
本发明中，钢坯的轧制分两个阶段进行，第一阶段完成粗轧，第二阶段完成精轧。第一阶段在温度950℃～1150℃，道次变形量控制20～40％之间，通过大压下量轧制破碎凝固树枝晶，大压下量轧制过程中动态再结晶可有效细化晶粒。第二阶段轧制温度范围控制在800～900℃，在此温度区间轧制过程中析出的Fe2(Mo，Ti)Laves颗粒大量分布在晶内和奥氏体晶界/亚晶界上，见图1，同样通过析出质点钉扎晶界和亚晶界而阻止奥氏体晶粒的再结晶和再结晶后的晶粒长大，从而达到细化晶粒的效果。经过第二阶段2～5道次轧制，晶粒内驻留储存能以及大量应变高能区，在后续加速冷却过程中得以保留，同时冷却速度快晶粒长大也受到抑制。
经控制轧制制备的马氏体时效钢在后续的固溶处理过程中，轧制组织中保留的大量弥散细小Laves相能为相变再结晶提供有利的形核位置，晶粒内驻留储存能以及大量应变高能区也可促进再结晶的发生，从而有效地起到细化晶粒的作用，使马氏体时效不锈钢成品晶粒度等级为9级以上。
附图说明
图1为800～900℃加热时晶内和奥氏体晶界/亚晶界上析出的Laves颗粒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
采用真空感应熔炼加真空自耗重熔冶炼的马氏体时效不锈钢，3个实施例钢坯化学成分示于表1中。
表1
实施例 C Cr Ni Mo Ti Fe
1 0.02 12.8 11.5 2.1 1.4 Bal.
2 0.03 11.5 9.8 0.9 0.7 Bal.
3 0.02 12.1 10.4 2.4 1.0 Bal.
实施例1将规格为Φ160mm的钢坯，于1240℃均热处理10h，然后进行控制轧制。第一阶段开轧温度1150℃，实施大压下量轧制，轧制2道次，第一道次变形量29.8％，第二道次变形量38.6％，终轧温度976℃，轧后规格为Φ105mm。第二阶段开轧温度900℃，实施连续4道次轧制，道次变形量依次为26.5％、24.9％、24.0％、22.1％，终轧温度815℃，最终成品规格为Φ60mm棒料。轧后实施加速冷却，冷却速度40℃/s，终冷温度300℃。实施例1所得钢材晶粒度评级为9级。
实施例2将规格为Φ105mm的钢坯，于1240℃均热处理6h，然后进行控制轧制。第一阶段开轧温度1150℃，实施大压下量轧制，轧制3道次，第一道次变形量34.5％，第二道次变形量32.2％，第三道次变形量26.5％，终轧温度958℃，轧后规格为Φ60mm。第二阶段开轧温度900℃，实施连续3道次轧制，道次变形量依次为24.9％、30.5％、25.1％、20.9％，终轧温度805℃，最终成品规格为Φ40mm棒料。轧后实施加速冷却，冷却速度40℃/s，终冷温度300℃。实施例2所得钢材晶粒度评级为9.5级。
实施例3将厚度115mm的钢坯，于1240℃均热处理8h，然后进行控制轧制。第一阶段开轧温度1150℃，实施4道次大压下量轧制，压下规程分配如下115-85-60-45-35，终轧温度957℃。第二阶段开轧温度900℃，实施连续5道次轧制，压下规程分配如下35-25-22-15-11-8，终轧温度803℃，最终成品厚度8mm的钢板。轧后实施加速冷却，冷却速度40℃/s，终冷温度350℃。实施例3所得钢材晶粒度评级为10级。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1）坯料加热：将钢坯于1180~1250℃均热处理，使合金元素充分扩散分布均匀；
2）控制轧制：实施两阶段轧制，第一阶段在温度950℃~1150℃，实施大压下量轧制；第二阶段在800~900℃ Laves相析出温度区间实施连续多道次轧制，单道次变形量不低于15%；
3）控制冷却：轧后实施加速冷却，冷却速度＞10℃/s，终冷温度不高于400℃。
2.根据权利要求1 所述的一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法，其特征在于，步骤2）中第一阶段在温度950℃~1150℃，实施的大压下量轧制是由多道次轧制完成，每一道次的变形量在20~40%之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法，其特征在于，步骤2）中第二阶段在800~900℃ Laves相析出温度区间实施的连续多道次轧制，是经2~5道次轧制制成板坯或圆棒。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法，其特征在于，所述的马氏体时效不锈钢，以质量百分比计，含有0.03%及以下的C、10.0～13.0%的Cr、9.0～12.0%的Ni、0.5～2.5%的Mo、0.8～1.8%的Ti，其余部分为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种细晶粒马氏体时效不锈钢的控轧轧制方法，其特征在于，所述的马氏体时效不锈钢成品晶粒度等级为9级以上。
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