CN110205446A - 一种g520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，具体步骤为：先进行固溶处理：1040℃～1080℃，保温时间为2h～3h，水冷；再进行时效处理：625℃～635℃，保温时间为3h～3.5h，空冷；随后进行淬火处理：855℃～865℃，保温时间为3h～3.5h，油冷；最后进行回火处理：530℃～620℃，保温时间为3.5h～4h，空冷。该热处理方法能够得到均匀细小的回火索氏体组织，其抗拉强度达到900MPa以上，且具有良好的冲击韧性，冲击功达到100J以上，该方法提高了G520马氏体沉淀硬化不锈钢的综合力学性能，同时该热处理方法简单，操作方便，适用于大型工厂批量生产，具有较高的生产效率。

Description

一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法
技术领域
本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法。
背景技术
近年来，风机制造企业为了降低生产成本，开始用G520马氏体沉淀硬化不锈钢来制造风机轮盘、轮盖等零部件。G520马氏体沉淀硬化不锈钢为FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢的成分改良版，具有良好的可加工性能，强度高且韧性良好，并具有优异的耐腐蚀性等优点，是制造具有高强度、高韧性、抽送腐蚀介质的风机叶轮的首选材料之一，该钢在风机、转子等大型工业装备制造领域具有广泛的应用前景。G520马氏体沉淀硬化不锈钢的成分是：C：≤0.05％，Si：0.30％～0.60％，Mn：0.50％～0.90％，P：≤0.025％，S：≤0.020％，Ni：6.00％～7.0％，Cr：13.0％～15.0％，Mo：0.60％～0.90％，Cu：1.30％～1.50％，Nb：≥8·C％，钢中加入Mo、Ti、Nb、Cu等强化元素，时效时析出ε-Cu、NbC、Mo2C、M7C3、M23C6等硬化相而产生沉淀硬化，起到最大的强化效果。
然而，考虑到风机的使用环境等因素，风机叶轮用材料必须有优良的综合力学性能，G520马氏体沉淀硬化不锈钢供货态即退火态条件下抗拉强度仅为750MPa，冲击功为85J，尚不能达到抗拉强度大于900MPa，冲击功大于100J的风机叶轮用钢要求。因此，G520马氏体沉淀硬化不锈钢需要通过一定的热处理，改善其性能，才能满足风机叶轮用钢要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，解决了在大型风机叶轮制造过程中，G520马氏体沉淀硬化不锈钢的综合力学性能不能达到使用要求的问题。
本发明的技术方案是，一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，包括如下步骤：
步骤1：将G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行固溶处理，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2：将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行时效处理，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3：将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行淬火处理，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4：将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行回火处理，随后采用空冷方式冷却至室温。
本发明的特点还在于，
步骤1中G520马氏体沉淀硬化不锈钢厚度为30mm～35mm。
步骤1中的固溶处理工艺参数为：加热温度为1040℃～1080℃，保温时间为2h～3h。
步骤2中的时效处理工艺参数为：加热温度为625℃～635℃，保温时间为3h～3.5h。
步骤3中淬火处理工艺参数为：加热温度为855℃～865℃，保温时间为3h～3.5h。
步骤4中回火处理工艺参数为：加热温度为530℃～620℃，保温时间为3.5h～4h。
步骤1至步骤4中加热过程的升温速度为20℃/min～25℃/min。
本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法的有益效果是，通过该热处理方法，能够得到回火索氏体组织，组织分布均匀细小，其抗拉强度达到900Mpa以上，且具有良好的冲击韧性，冲击功达到100J以上，使得G520马氏体沉淀硬化不锈钢获得了优良的综合力学性能，且其综合力学性能较母材有了相当大的提升；该热处理方法操作方便，适用于大型工厂批量生产，具有较高的生产效率。
附图说明
图1是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例1中试样的应力应变曲线图；
图2是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例1中试样的金相组织图；
图3是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例2中试样的应力应变曲线图；
图4是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例2中试样的金相组织图；
图5是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例3中试样的应力应变曲线图；
图6是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例3中试样的金相组织图；
图7是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例4中试样的应力应变曲线图；
图8是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例4中试样的金相组织图；
图9是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例5中试样的应力应变曲线图；
图10是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例5中试样的金相组织图；
图11是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例6中试样应力应变曲线图；
图12是本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中的实施例6中试样的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，将厚度为30mm～35mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1040℃～1080℃进行固溶处理，随后采用水冷方式冷却至室温，其中，保温时间为2h～3h，升温速度为20℃/min～25℃/min；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至625℃～635℃进行时效处理，随后采用空冷方式冷却至室温，其中，保温时间为3h～3.5h，升温速度为20℃/min～25℃/min；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至855℃～865℃进行淬火处理，随后采用油冷方式冷却至室温，其中，保温时间为3h～3.5h，升温速度为20℃/min～25℃/min；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至530℃～620℃进行回火处理，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕，其中，保温时间为3.5h～4h，升温速度为20℃/min～25℃/min。
本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法中各部分的作用和功能如下：
固溶处理能够溶解过剩相以形成过饱和固溶体，从而改善钢的塑性和韧性，获得稳定的基体组织，为后续热加工作好准备，以期待能达到最佳效果。
时效处理能够使沉淀硬化型不锈钢析出硬质相，从而达到硬化材料的目的，通过延长保温时间使得析出相长大，并且间距变大，使得塑韧性在沉淀硬化后降低的基础上有所提高。
淬火处理和回火处理能够改善时效处理后材料的强度降低问题，得到均匀的、具有优良综合性能的回火组织，使其满足风机叶轮用高强钢的要求，同时提高马氏体不锈钢的耐蚀性和力学性能。
实施例1
步骤1，将厚度为31mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1040℃进行固溶处理，保温时间为3h，升温速度为20℃/min，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至630℃进行时效处理，保温时间为3.5h，升温速度为20℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至862℃进行淬火处理，保温时间为3.5h，升温速度为20℃/min，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至620℃进行回火处理，保温时间为3.5h，升温速度为20℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕。
对热处理过的厚度为31mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行测试，其应力应变曲线如图1所示，其金相组织如图2所示，得到回火索氏体。
实施例2
步骤1，将厚度为33mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1060℃进行固溶处理，保温时间为2.5h，升温速度为22℃/min，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至627℃进行时效处理，保温时间为3h，升温速度为22℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至857℃进行淬火处理，保温时间为3h，升温速度为22℃/min，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至530℃进行回火处理，保温时间为4h，升温速度为22℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕。
对热处理过的厚度为33mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行测试，其应力应变曲线如图3所示，其金相组织如图4所示，得到回火索氏体。
实施例3
步骤1，将厚度为30mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1080℃进行固溶处理，保温时间为2h，升温速度为23℃/min，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至634℃进行时效处理，保温时间为3h，升温速度为23℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至855℃进行淬火处理，保温时间为3.5h，升温速度为23℃/min，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至560℃进行回火处理，保温时间为4h，升温速度为23℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕。
对热处理过的厚度为30mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行测试，其应力应变曲线如图5所示，其金相组织如图6所示，得到回火索氏体。
实施例4
步骤1，将厚度为31mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1040℃进行固溶处理，保温时间为2.5h，升温速度为24℃/min，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至635℃进行时效处理，保温时间为3.5h，升温速度为24℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至860℃进行淬火处理，保温时间为3.5h，升温速度为24℃/min，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至590℃进行回火处理，保温时间为3.5h，升温速度为24℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕。
对热处理过的厚度为31mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行测试，其应力应变曲线如图7所示，其金相组织如图8所示，得到回火索氏体。
实施例5
步骤1，将厚度为34mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1080℃进行固溶处理，保温时间为2.5h，升温速度为25℃/min，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至629℃进行时效处理，保温时间为3h，升温速度为25℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至865℃进行淬火处理，保温时间为3h，升温速度为25℃/min，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至530℃进行回火处理，保温时间为4h，升温速度为25℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕。
对热处理过的厚度为34mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行测试，其应力应变曲线如图9所示，其金相组织如图10所示，得到回火索氏体。
实施例6
步骤1，将厚度为35mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至1060℃进行固溶处理，保温时间为2h，升温速度为21℃/min，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至625℃进行时效处理，保温时间为3h，升温速度为21℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至858℃进行淬火处理，保温时间为3.5h，升温速度为21℃/min，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢加热至560℃进行回火处理，保温时间为3.5h，升温速度为21℃/min，随后采用空冷方式冷却至室温，热处理完毕。
对热处理过的厚度为35mm的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行测试，其应力应变曲线如图11所示，其金相组织如图12所示，得到回火索氏体。
实施例1～6热处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢的力学性能如表1所示，其中每个实施例取三个试样来测试其抗拉强度、屈服极限、冲击功，并取该三个试样的平均值作为结果记录于表1中，本发明中的冲击试验采用夏比摆锤冲击试验的方法，
表1热处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢的力学性能
风机叶轮的用钢要求为：抗拉强度大于900MPa，冲击功大于100J，实施例1～6热处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢性的抗拉强度及冲击功的具体测试值如表1所示，皆符合大型风机叶轮用钢要求。
本发明一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法采用先固溶处理，再时效处理，随后进行淬火处理，最后进行回火处理，得到组织分布均匀细小的回火索氏体组织，且具有优良的综合力学性能，操作简便，生产效率高。

Claims (7)

1.一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行固溶处理，随后采用水冷方式冷却至室温；
步骤2，将步骤1固溶处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行时效处理，随后采用空冷方式冷却至室温；
步骤3，将步骤2时效处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行淬火处理，随后采用油冷方式冷却至室温；
步骤4，将步骤3淬火处理后的G520马氏体沉淀硬化不锈钢进行回火处理，随后采用空冷方式冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，步骤1中所述G520马氏体沉淀硬化不锈钢厚度为30mm～35mm。
3.根据权利要求1所述的一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，步骤1中的固溶处理工艺参数为：加热温度为1040℃～1080℃，保温时间为2h～3h。
4.根据权利要求1所述的一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，步骤2中的时效处理工艺参数为：加热温度为625℃～635℃，保温时间为3h～3.5h。
5.根据权利要求1所述的一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，步骤3中淬火处理工艺参数为：加热温度为855℃～865℃，保温时间为3h～3.5h。
6.根据权利要求1所述的一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，步骤4中回火处理工艺参数为：加热温度为530℃～620℃，保温时间为3.5h～4h。
7.根据权利要求所述3-6中任一项的一种G520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法，其特征在于，步骤1-4中加热过程中的升温速度为20℃/min～25℃/min。
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