CN109735694A - 一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，包括：淬火处理：在500℃以下入炉，加热至950‑1050℃，保温时间不小于2h，出炉油冷至室温；第一回火处理：在350℃以下入炉，加热至500‑640℃，保温时间不小于3h，炉冷或出炉空冷至室温；第二回火处理：在350℃以下入炉，加热至550‑600℃，保温时间不小于3h，炉冷或出炉空冷至室温。本发明通过对低碳马氏体不锈钢材料原有热处理工艺进行调整，使低碳马氏体不锈钢在经过优化合理的淬火处理和两次回火处理后，使其降低湿硫化氢应力腐蚀开裂敏感性，因此，经本发明进行热处理之后的低碳马氏体不锈钢应用于湿硫化氢环境下叶轮制造，从而代替相对价格昂贵的材料，以有效节约成本。
Description
技术领域
本发明属于热处理工艺技术领域，具体涉及一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法。
背景技术
低碳马氏体不锈钢的微观组织中会有一定量的逆转变奥氏体，一定量逆转变奥氏体对于低碳马氏体不锈钢塑韧性、耐硫化物应力腐蚀性能影响很大，通常是通过采用淬火和两次回火对此类不锈钢热处理工艺，来形成良好的微观组织，达到优秀的机械性能和耐腐蚀等性能。
但是，作为制备透平机械的叶轮部件的低碳马氏体不锈钢材料，经现有的热处理工艺后的性能，却无法使其在酸性工况环境下进行使用，因此在酸性工况环境下只能选择相对价格昂贵的材料，进而造成了透平机械的生产成本提高。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，包括：
淬火处理：在500℃以下入炉，加热至950-1050℃，保温时间不小于2h，出炉油冷至室温；
第一回火处理：在350℃以下入炉，加热至500-640℃，保温时间不小于3h，炉冷或出炉空冷至室温；
第二回火处理：在350℃以下入炉，加热至550-600℃，保温时间不小于3h，炉冷或出炉空冷至室温。
进一步的，所述淬火处理的加热至950-1050℃的加热速度为90-100℃/小时。
进一步的，在所述淬火处理时，油冷的冷却速度为80-100℃/小时。
进一步的，所述淬火处理的保温时间为1.5×有效厚度mm/35-30mm小时。
进一步的，所述第一回火处理的加热至500-640℃的加热速度为50-70℃/小时。
进一步的，所述第一回火处理的保温时间为有效厚度mm/40-33mm小时。
进一步的，所述第二回火处理的加热至550-600℃的加热速度为50-70℃/小时。
进一步的，所述第二回火处理的保温时间为1.5×有效厚度mm/35-30mm+1小时。
进一步的，所述低碳马氏体不锈钢的化学成分及重量百分比为：C：0.03-0.045％；Mn：0.60-0.80％；Si：0.4-0.6％；P：0.01-0.02％；S：0.003-0.005％；Ni：4-5％；Cr：15.0-17.0％；Mo：0.1-0.15％；Cu：0.1-0.15％；V：0.015-0.08％；Al：0.01-0.04％；N：0.02-0.045％；Ti：0.01-0.015％；Fe：余量。
进一步的，通过所述热处理方法获得的所述低碳马氏体不锈钢用于制备透平机械的叶轮部件。
本发明提供的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法,通过对低碳马氏体不锈钢材料原有热处理工艺进行调整，使低碳马氏体不锈钢在经过优化合理的淬火处理和两次回火处理后，使其降低湿硫化氢应力腐蚀开裂敏感性，因此，经本发明进行热处理之后的低碳马氏体不锈钢应用于湿硫化氢环境下叶轮制造，从而代替相对价格昂贵的材料，以有效节约成本。
具体实施方式
为克服现有技术中的不足，本发明提供一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。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。下面通过参考描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合对本发明的实施例进行详细说明。
一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，包括：
S100、淬火处理：在500℃以下入炉，以90-100℃/小时的加热速度加热至950-1050℃，保温时间为1.5×有效厚度mm/35-30mm小时，且保温时间控制不少于于2h，出炉后，以80-100℃/小时的冷却速度的油冷至室温。
低碳马氏体不锈钢通常的热处理工艺是采用一次淬火处理和两次回火处理，来形成良好的微观组织，达到优秀的机械性能和耐腐蚀等性能。对于低碳马氏体不锈钢，首先需要研究淬火温度对材料性能的影响。从500*150*20mm的板材沿垂直轧制方向切取20*20*150mm试块，选择不同的淬火温度进行热处理实验，结果如表1所示。由表可见，低碳马氏体不锈钢由淬火温度950℃升到1050℃，钢的强度、塑性和韧性变化不大，从钢的综合性能考虑，低碳马氏体不锈钢选择淬火温度1000℃，油冷淬火为宜。
表1不同淬火温度下低碳马氏体不锈钢的机械性能
S200、第一回火处理：在350℃以下入炉，以50-70℃/小时的加热速度加热至500-640℃，保温时间为有效厚度mm/40-33mm小时，且保温时间控制不少于3小时，炉冷或出炉后空冷至室温；
从500*150*20mm的板材沿垂直轧制方向切取20*20*150mm试块进行淬火处理后，对其选择第一回火处理的不同回火温度，其中，对试块的淬火处理温度选为1000℃，经过第一回火处理后的试块的机械性能测试结果如表2所示，第一回火处理的回火温度从500℃升到640℃过程中，此低碳马氏体不锈钢强度先下降后升高，塑性和韧性先升高后下降。当回火温度为580℃时，低碳马氏体不锈钢的强度达到最低，塑性和韧性达到最高，在回火温度由500℃升高到580℃过程中，第一回火处理对低碳马氏体不锈钢处理起到了应有的目的，但是当回火温度继续升高，由580℃升高到640℃过程中，此过程回火温度很可能已经高于低碳马氏体不锈钢的AC1点，导致第一回火处理部分变成了淬火处理，产生一部分新的马氏体组织，进而导致低碳马氏体不锈钢处理后强度和硬度较大而塑韧性较低，因此，第一回火处理的回火温度选为：500-640℃。
表2不同第一回火处理下试块的机械性能
S300、第二回火处理：在350℃以下入炉，以50-70℃/小时的加热速度加热至550-600℃，保温时间为有效厚度mm/35-30mm+1小时，且保温时间控制不少于3小时，炉冷或出炉后空冷至室温。
由于，低碳马氏体不锈钢的微观组织中会有一定量的逆转变奥氏体，一定量逆转变奥氏体对于此低碳马氏体不锈钢塑韧性、耐硫化物应力腐蚀性能影响很大，而采用两次回火处理对于低碳马氏体不锈钢微观组织形成，特别是逆转变奥氏体含量的控制至关重要，将低碳马氏体不锈钢的固溶淬火选择1000℃×2小时OC，然后两次回火处理选择不同的回火温度组合进行实验，因为两次回火，所以采取了两种方案，第一种方案是保证第二回火温度不变，选择不同的第一回火温度来研究第一次回火温度对低碳马氏体不锈钢的机械性能的影响，第二种方案是保证第一回火温度不变，选择不同的第二回火温度来研究第二回火温度对低碳马氏体不锈钢机械性能的影响。
首先按照第一种方案，保证第二回火温度不变，结果如表3所示，比较121，122,123和129号，保持第二回火温度550℃；比较124,125,130号，保持第二回火温度580℃，可以看出，当第一次回火温度小于640℃时，随着第一回火温度的升高，低碳马氏体不锈钢强度逐步强大，但是增加幅度较小，但是当第一回火温度达到640℃，则低碳马氏体不锈钢强度明显增大。
表3不同第一回火温度下低碳马氏体不锈钢机械性能
按照第二种方案保证第一回火温度不变，选择不同的第二回火温度来进行热处理，结果如表4所示。对比127,134,128,123,125和126号实验结果，第一回火温度均为620℃，第二回火温度由500℃逐步升到600℃，此低碳马氏体不锈钢强度先降低后升高，依然是在第二回火温度为580℃时最低，这个规律在129,130,131和132号的对比中也可以得到验证，因此，结合第一回火处理的回火温度，第二回火处理的回火温度选为：550-600℃。
表4不同第二次回火工艺下低碳马氏体不锈钢机械性能
作为一优选实施方式，低碳马氏体不锈钢的化学成分及重量百分比为：C：0.03-0.045％；Mn：0.60-0.80％；Si：0.4-0.6％；P：0.01-0.02％；S：0.003-0.005％；Ni：4-5％；Cr：15.0-17.0％；Mo：0.1-0.15％；Cu：0.1-0.15％；V：0.015-0.08％；Al：0.01-0.04％；N：0.02-0.045％；Ti：0.01-0.015％；Fe：余量。
进一步的，通过热处理方法获得的低碳马氏体不锈钢用于制备透平机械的叶轮部件。
低碳马氏体不锈钢是具有优良的耐湿硫化氢应力腐蚀开裂性能，而这种优良性能需要它的微观组织中会有一定量的形态好的逆转变奥氏体，通过优化合理的淬火处理，可以防止奥氏体晶粒过快长大，保证获得细小马氏体组织，而优化合理的两次回火处理对于低碳马氏体不锈钢显微组织中逆转变奥氏体含量和形态的控制至关重要，优化的两次回火处理可以使逆转变奥氏体析出量增加，而且逆转变奥氏体形态好，多呈现薄膜或者针状，逆变奥氏体以膜片分布在晶界和板条界而构成网状结构，可以优先组织氢迁移，降低湿硫化氢应力腐蚀开裂敏感性，因此，经本发明进行热处理之后的低碳马氏体不锈钢应用于湿硫化氢环境下叶轮制造。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，包括：
淬火处理：在500℃以下入炉，加热至950-1050℃，保温时间不小于2h，出炉油冷至室温；
第一回火处理：在350℃以下入炉，加热至500-640℃，保温时间不小于3h，炉冷或出炉空冷至室温；
第二回火处理：在350℃以下入炉，加热至550-600℃，保温时间不小于3h，炉冷或出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述淬火处理的加热至950-1050℃的加热速度为90-100℃/小时。
3.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，在所述淬火处理时，油冷的冷却速度为80-100℃/小时。
4.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述淬火处理的保温时间为1.5×有效厚度mm/35-30mm小时。
5.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述第一回火处理的加热至500-640℃的加热速度为50-70℃/小时。
6.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述第一回火处理的保温时间为有效厚度mm/40-33mm小时。
7.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述第二回火处理的加热至550-600℃的加热速度为50-70℃/小时。
8.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述第二回火处理的保温时间为1.5×有效厚度mm/35-30mm+1小时。
9.根据权利要求1所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，所述低碳马氏体不锈钢的化学成分及重量百分比为：C：0.03-0.045％；Mn：0.60-0.80％；Si：0.4-0.6％；P：0.01-0.02％；S：0.003-0.005％；Ni：4-5％；Cr：15.0-17.0％；Mo：0.1-0.15％；Cu：0.1-0.15％；V：0.015-0.08％；Al：0.01-0.04％；N：0.02-0.045％；Ti：0.01-0.015％；Fe：余量。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种低碳马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于，通过所述热处理方法获得的所述低碳马氏体不锈钢用于制备透平机械的叶轮部件。
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