CN109439870A - 基于组织控制提高17-4ph马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法 - Google Patents

基于组织控制提高17-4ph马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于组织控制提高17‑4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法,其特征是通过化学成分优化，减少钢材冶炼过程中生成的高温铁素体总量，再通过控制合理的锻造加热温度和变形量及变形方向将冶炼过程中的高温铁素体打碎，长条状高温铁素体可通过沿着与其长度方向垂直的方向进行锻造，将其镦粗，有效消除其方向性，最后再经过两次固溶+时效热处理，在再结晶过程中将细小的高温铁素体进一步消除，提高低温冲击功。本发明通过将长条状高温铁素体镦粗，有效消除其方向性，控制长条状高温铁素体的面积含量在0.6%以下，显著提高了低温冲击功，KV2(‑40℃)≥27J，室温抗拉强度≥1000MPa。

Description

基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功 的方法
技术领域
本发明涉及一种提高马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法，尤其是一种提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法，具体地说是一种基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法。
背景技术
17-4PH马氏体时效不锈钢是一种具有良好耐蚀性、耐温性、强韧性的钢，市场需求大。随着17-4PH马氏体时效不锈钢生产工艺逐渐成熟，应用范围扩大到较低温度下工作，对其低温冲击功提出较高的要求。
17-4PH马氏体时效不锈钢常的低温冲击功与钢内长条状高温铁素体的含量相关。高温铁素体是低温脆性相，长条状高温铁素体是裂纹扩展的快速通道，大大降低17-4PH马氏体时效不锈钢的低温冲击功。
至今为止，尚未有一种基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法可供使用，一定程度上限制了17-4PH马氏体时效不锈钢的品质提升和制造成本下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有在提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功上方向性不明等问题，发明一种基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法。
本发明的技术方案是：
一种基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法,其特征是：控制长条状高温铁素体的面积含量在0.6%以下。
所述的方法，具体包括以下步骤：
首先，通过化学成分优化，减少钢材冶炼过程中生成的高温铁素体总量；
其次，通过控制锻造加热温度和变形量及变形方向将冶炼过程中的高温铁素体打碎，再通过沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向进行锻造，将长条状高温铁素体镦粗，有效消除其方向性；
最后，再进行二次固溶+时效处理，在再结晶过程中将细小的高温铁素体进一步消除，控制长条状高温铁素体的面积含量在0.6%以下，提高低温冲击功。
所述的17-4PH马氏体时效不锈钢的化学成分（按质量百分比%计）为：碳（C）0.030~0.050，铬（Cr）15.00~15.50，镍（Ni）4.50~5.00，铜（Cu）3.20~3.50，锰（Mn）0.50~0.80，铌（Nb）+钽（Ta）0.15~0.45，硅（Si）≤0.35，钛（Ti）≤0.030，钼（Mo）≤0.20，铝（Al）≤0.015，氮（N）≤0.050，磷（P）≤0.030，硫（S）≤0.020，余量为铁（Fe），各组分之和为100%。
所述的锻造加热（锻造开坯）温度≤1200℃，锻造变形控制采用三镦三拔的方法，总锻造比≥5。
所述的二次固溶+时效处理为：第一次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，空冷至锻件芯部温度到马氏体转变开始温度（Ms点）以下，650℃过时效；第二次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，快速冷却至室温，并停留充分时间，以确保锻件心部温度冷却到马氏体转变开始温度（Ms点）以下（可根据工件当量厚度估算时间长度，或用同当量厚度的验证件中心钻孔实际测量锻件心部冷却到Ms点以下的时间），获得马氏体组织，最后根据性能要求选择适合的时效温度（480~620℃）进行时效。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供了一种提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的高温铁素体组织的面积含量判据，即控制长条状高温铁素体的面积含量在0.6%以下。
（2）本发明提供了一种改善17-4PH马氏体时效不锈钢锻件长条状高温铁素体组织形貌的方法，即通过沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向施加正压力锻造，将长条状高温铁素体镦粗，有效消除其方向性，提高低温冲击功，KV2(-40℃) ≥27J，室温抗拉强度≥1000MPa。
（3）本发明提供了一种基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法，即制造具有高的低温冲击功的17-4PH马氏体时效不锈钢锻件的具体化学成分、锻造工艺和热处理工艺参数。
附图说明
图1为实施例一高低温冲击功17-4PH马氏体时效不锈钢锻件的金相组织。
图2为实施例二沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向施加正压力锻造前的金相组织。
图3为实施例二沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向施加正压力锻造后的金相组织。
图4为对比例一低低温冲击功17-4PH马氏体时效不锈钢锻件的金相组织。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种高低温冲击功17-4PH马氏体时效不锈钢锻件，其化学成分（按质量百分比%计）为：碳（C）0.040，铬（Cr）15.25，镍（Ni）4.75，铜（Cu）3.35，锰（Mn）0.65，铌（Nb）+钽（Ta）0.3，硅（Si）0.30，钛（Ti）0.025，钼（Mo）0.15，铝（Al）0.010，氮（N）0.040，磷（P）0.020，硫（S）0.015，余量为铁（Fe），各组分之和为100%。其锻造工艺为锻造加热（锻造开坯）温度≤1200℃，锻造变形采用三镦三拔，总锻造比为5；其热处理工艺为两次固溶+时效热处理，其中第一次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，空冷至锻件芯部温度到马氏体转变开始温度（Ms点）以下，650℃过时效；第二次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，快速冷却至室温，并停留充分时间，以确保锻件心部温度冷却到马氏体转变开始温度（Ms点）以下（可根据工件当量厚度估算时间长度，或用同当量厚度的验证件中心钻孔实际测量锻件心部冷却到Ms点以下的时间），获得马氏体组织，最后根据性能要求选择适合的时效温度（480~620℃）和时间进行时效。
经过上述处理后，实测17-4PH马氏体时效不锈钢锻件内长条状高温铁素体的面积含量为0.6%，并且高温铁素体的形状无明显方向性，该锻件具有高的低温冲击功，KV2(-40℃) ≥27J，室温抗拉强度≥1000MPa。
实施例二。
如图2、3所示。
图2为沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向施加正压力锻造前的金相组织。图3为沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向施加正压力锻造后的金相组织。通过沿着与17-4PH马氏体时效不锈钢锻件内长条状高温铁素体长度方向垂直的方向进行锻造，将长条状高温铁素体镦粗，有效消除其方向性。显著提高了低温冲击功。
实施例三。
一种高低温冲击功17-4PH马氏体时效不锈钢锻件，其化学成分（按质量百分比%计）为：碳（C）0.030，铬（Cr）15.00，镍（Ni）4.50，铜（Cu）3.20，锰（Mn）0.80，铌（Nb）+钽（Ta）0.45，硅（Si）0.35，钛（Ti）0.030，钼（Mo）0.20，铝（Al）0.015，氮（N）0.050，磷（P）0.030，硫（S）0.020，余量为铁（Fe），各组分之和为100%。其锻造工艺为锻造加热（锻造开坯）温度≤1200℃，锻造变形采用三镦三拔，总锻造比为6；其热处理工艺为两次固溶+时效热处理，其中第一次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，空冷至锻件芯部温度到马氏体转变开始温度（Ms点）以下，650℃过时效；第二次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，快速冷却至室温，并停留充分时间，以确保锻件心部温度冷却到马氏体转变开始温度（Ms点）以下（可根据工件当量厚度估算时间长度，或用同当量厚度的验证件中心钻孔实际测量锻件心部冷却到Ms点以下的时间），获得马氏体组织，最后根据性能要求选择适合的时效温度（480~620℃）和时间进行时效。
经过上述处理后，实测17-4PH马氏体时效不锈钢锻件内长条状高温铁素体的面积含量为0.58%，并且高温铁素体的形状无明显方向性，该锻件具有高的低温冲击功，KV2 (-40℃) ≥30J，室温抗拉强度≥1020MPa。
实施例四。
一种高低温冲击功17-4PH马氏体时效不锈钢锻件，其化学成分（按质量百分比%计）为：碳（C）0.050，铬（Cr）15.50，镍（Ni）5.00，铜（Cu）3.50，锰（Mn）0.50，铌（Nb）+钽（Ta）0.15，硅（Si）0.2，钛（Ti）0.030，钼（Mo）0.10，铝（Al）0.010，氮（N）0.040，磷（P）0.020，硫（S）0.020，余量为铁（Fe），各组分之和为100%。其锻造工艺为锻造加热（锻造开坯）温度≤1200℃，锻造变形采用三镦三拔，总锻造比为7；其热处理工艺为两次固溶+时效热处理，其中第一次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，空冷至锻件芯部温度到马氏体转变开始温度（Ms点）以下，650℃过时效；第二次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，快速冷却至室温，并停留充分时间，以确保锻件心部温度冷却到马氏体转变开始温度（Ms点）以下（可根据工件当量厚度估算时间长度，或用同当量厚度的验证件中心钻孔实际测量锻件心部冷却到Ms点以下的时间），获得马氏体组织，最后根据性能要求选择适合的时效温度（480~620℃）和时间进行时效。
经过上述处理后，实测17-4PH马氏体时效不锈钢锻件内长条状高温铁素体的面积含量为0.51%，并且高温铁素体的形状无明显方向性，该锻件具有高的低温冲击功，KV2(-40℃) ≥32J，室温抗拉强度≥1050MPa。
对比例一
如图4所示
17-4PH马氏体时效不锈钢锻件内长条状高温铁素体的面积含量为1.985%，并且高温铁素体的形状有明显方向性，该锻件低温冲击功低，KV2(-40℃) ≤20J，室温抗拉强度≤950MPa。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于组织控制提高17-4PH马氏体时效不锈钢锻件低温冲击功的方法,其特征是：控制长条状高温铁素体的面积含量在0.6%以下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，通过化学成分优化，减少钢材冶炼过程中生成的高温铁素体总量；
其次，通过控制锻造加热温度和变形量及变形方向将冶炼过程中的高温铁素体打碎，再通过沿着与长条状高温铁素体长度方向垂直的方向进行锻造，将长条状高温铁素体镦粗，有效消除其方向性；
最后，再进行二次固溶+时效处理，在再结晶过程中将细小的高温铁素体进一步消除，控制长条状高温铁素体的面积含量在0.6%以下，提高低温冲击功。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的17-4PH马氏体时效不锈钢的化学成分按质量百分比%计为：碳（C）0.030~0.050，铬（Cr）15.00~15.50，镍（Ni）4.50~5.00，铜（Cu）3.20~3.50，锰（Mn）0.50~0.80，铌（Nb）+钽（Ta）0.15~0.45，硅（Si）≤0.35，钛（Ti）≤0.030，钼（Mo）≤0.20，铝（Al）≤0.015，氮（N）≤0.050，磷（P）≤0.030，硫（S）≤0.020，余量为铁（Fe），各组分之和为100%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的锻造加热（锻造开坯）温度≤1200℃，锻造变形采用三镦三拔实现，总锻造比≥5。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的二次固溶+时效处理，是指第一次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，空冷至锻件芯部温度到马氏体转变开始温度（Ms点）以下，650℃过时效；第二次固溶+时效处理的工艺为：1050℃固溶，快速冷却至室温，并停留充分时间，以确保锻件心部温度冷却到马氏体转变开始温度（Ms点）以下，获得马氏体组织，最后根据性能要求选择适合的时效温度（480~620℃）和时间进行时效。
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