CN111118258A - 一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法 - Google Patents

一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶金生产工艺技术领域，本发明涉及一种提升纳米析出强化型00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，满足用户对不同规格锻造材料力学性能的技术需求。按重量百分比计，马氏体时效不锈钢为包含有下述组分的固溶时效处理棒材：C≤0.03％、Si≤0.03％、Mn≤0.15％、Ni 9.4～10.3％、Cr 11.5～12.5％、Mo 0.6～0.8％、Ti 0.18～0.21％、Al≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。热处理方法包括按顺序设置的双固溶热处理和时效热处理，其中双固溶热处理包括预固溶处理、常规固溶处理和水淬处理工序三个步骤。采用本发明热处理方法能够在保证强度等级的前提下，显著提升材料的低温冲击韧性，从而获得良好的综合力学性能。

Description

一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的 热处理方法
技术领域
本发明属于冶金生产工艺技术领域，本发明涉及一种提升纳米析出强化型00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，满足用户对不同规格锻造材料力学性能的技术需求。
背景技术
马氏体时效钢因其具有高强度及良好的断裂韧性，在航空航天、海洋建设及压力容器等方面具有广泛的应用。这与其多相组织密切相关的，包括高密度位错板条马氏体基体及弥散分布的纳米级金属间化合物析出相。随着热加工工艺水平的提高，目前国内外已经研发出较为完备的马氏体时效钢体系，以满足现代工业发展需求。由于自身组织结构特点，马氏体时效钢主要应用在常温构件上，例如：飞机起落架、航空紧固件等，而较少用于低温环境中。然而，对于特殊低温结构件，例如：低温压缩机主轴、液体燃料储存容器等，不仅要求满足高强度，而且应具备优良的低温冲击韧性，以保证服役安全性及可靠性。尽管传统奥氏体钢有优异的韧塑性，但强度级别不能满足要求。
00Cr12Ni10MoTi钢是我国仿原苏联研制成功的一种马氏体时效不锈钢，牌号为S03，它是在超低碳的Fe-12Cr-10Ni钢中加入Mo、Ti、Al等合金化元素，使其具备传统马氏体时效钢的析出强化效应以及抗腐蚀性能。该钢通常在时效状态下使用，其微观组织特征是在时效马氏体基体中弥散析出棒状Ni3(Ti,Al)强化相，并且在马氏体板条间分布逆转变奥氏体。其中，与基体呈共格关系的Ni3(Ti,Al)保证了析出强化效果，而具有良好热稳定性的逆转变奥氏体能通过相变诱导塑性及改善界面应力集中提升材料低温冲击韧性。因其具备良好强韧性匹配，而被用作关键低温结构件。
一般用于低温环境(-196℃)下的关键结构件，要求对材料固溶热处理和时效热处理，在满足相关协议要求的基础上，尽可能提升材料在-196℃下的低温冲击韧性。因此，对材料的固溶热处理和时效热处理显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，以提升这种低温用钢的综合力学性能。
本发明的技术方案是：
一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，热处理方法包括按顺序设置的双固溶热处理和时效热处理，其中双固溶热处理包括预固溶处理工序、常规固溶处理工序和水淬处理工序三个步骤，使得合金元素完全固溶于铁基体中，并增加基体中的残余奥氏体含量。
所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，按重量百分比计，马氏体时效不锈钢为包含有下述组分的固溶时效处理棒材：C≤0.03％、Si≤0.03％、Mn≤0.15％、Ni 9.4～10.3％、Cr 11.5～12.5％、Mo 0.6～0.8％、Ti 0.18～0.21％、Al≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，按重量百分比计，不可避免的杂质包括P和S，P≤0.010％，S≤0.20％。
所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，预固溶处理工序是按以下步骤进行的：
将锻造棒材放入真空热处理炉中按10℃/min的加热速率加热至740～760℃，并到温后均热15分钟后，保温，出炉空冷至室温完成；其中，保温时长按直径Φ≤100mm的坯料，保温60～90min；直径Φ≥100mm的坯料，保温90～120min控制。
所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，常规固溶处理工序和水淬处理工序是按以下步骤进行的：
将预固溶处理后的坯料放入真空热处理炉中按10℃/min的加热速率加热至740～760℃，并到温后均热15分钟后，保温，出炉水冷至100℃以下后，出水空冷至室温完成；其中，保温时长按直径Φ≤100mm的坯料，保温60～90min；直径Φ≥100mm的坯料，保温90～120min控制。
所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，时效热处理为人工时效处理，其具体过程为：待淬火处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入真空热处理炉中，并按5℃/min加热速率加热至490～510℃，保温，出炉空冷至室温完成；其中，在真空热处理炉中保温时长为8h～100h。
所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，时效热处理后的不锈钢棒材力学性能如下：
σb:900～990MPa，σs:820～890MPa，A:20～24％，Z:76～82％，AKv(-196℃):90～140J。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明提供一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，经750℃双固溶热处理后基体中残余奥氏体含量明显增加，在随后的时效热处理过程中形成大量具有良好热稳定性的逆转变奥氏体，产生的相变诱导塑性及改善界面应力集中效果明显，并且时效过程中Ni3(Ti,Al)能稳定存在于马氏体基体及逆变奥氏体中，在保证强度等级的前提下，显著提升钢的低温冲击韧性。
(2)本发明提供一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，可用于实际大尺寸铸锻件的性能热处理，综合提升强韧性。
附图说明
图1为实施例1中所得的微观组织图片。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，包括按顺序设置的双固溶热处理和时效热处理，其中双固溶热处理包括预固溶处理、常规固溶处理和水淬处理工序三个步骤，这样不仅能使得合金元素完全固溶于铁基体中，而且可以增加基体中的残余奥氏体含量。采用本发明热处理方法能够在保证强度等级的前提下，显著提升材料的低温冲击韧性，从而获得良好的综合力学性能。按重量百分比计，马氏体时效不锈钢为包含有下述组分的固溶时效处理棒材：C≤0.03％、Si≤0.03％、Mn≤0.15％、Ni 9.4～10.3％、Cr 11.5～12.5％、Mo 0.6～0.8％、Ti 0.18～0.21％、Al≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述实施方式中，为了更好控制本发明所述马氏体不锈钢的组分，尽可能通过本发明的热处理方法提升低温冲击韧性，所述不可避免的杂质包括P和S，其中按重量百分比计的P≤0.010％，S≤0.20％。所述的时效热处理是按以下步骤进行的，待淬火处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入真空热处理炉中，并按5℃/min加热速率加热至490～510℃，保温，出炉空冷至室温完成所述的人工时效处理，其中在真空热处理炉中保温时长为8h～100h。而所述的预固溶处理工序是按以下步骤进行的，将锻造棒材放入真空热处理炉中按10℃/min的加热速率加热至740～760℃，并到温后均热15分钟后，保温，出炉空冷至室温完成所述预固溶处理工序，其中，所述保温的保温时长按直径Φ≤100mm的坯料，保温60～90min；直径Φ≥100mm的坯料，保温90～120min控制。所述的常规固溶处理工序是按以下步骤进行的，将预固溶处理后的坯料放入真空热处理炉中按10℃/min的加热速率加热至740～760℃，并到温后均热15分钟后，保温，出炉水冷至100℃以下后出水空冷至室温完成所述的常规固溶处理工序，其中，所述保温的保温时长按直径Φ≤100mm的坯料，保温60～90min；直径Φ≥100mm的坯料，保温90～120min控制。
综上所述，采用本发明所述00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢，并对其进行上述的双固溶热处理和时效热处理，可显著提升低温冲击韧性，其综合强韧性满足低温环境(-196℃)下的关键结构件的使用条件。时效处理后的不锈钢棒材的σb:900～990MPa，σs:820～890MPa，A:20～24％，Z:76～82％，AKv(-196℃):90～140J，综合力学性能良好。
下面，实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
实施例1中产品技术要求如表1所示。
表1产品技术要求
Figure BDA0002375865060000041
本实施例中，以规格为直径Φ80mm，长度200mm的棒料为例，提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，包括如下步骤：
(1)预固溶处理。将棒料放置于真空热处理炉的平台中心处，将棒料按10℃/min加热至750±10℃并均温15min，进一步保温70min后出炉进行空冷至室温。
(2)常规固溶处理。将步骤(1)处理后的棒料放入真空热处理炉中进行常规固溶处理，将棒料按10℃/min加热至750±10℃并均温15min，进一步保温70min后出炉进行水淬至100℃以下后出水空冷至室温。
(3)时效热处理。将步骤(2)处理后的棒料放入真空热处理炉中进行时效热处理，将棒料按5℃/min加热至500±10℃并保温32h，随后出炉空冷至室温。
根据本实施例所获得的产品力学性能数据如表2所示：
表2产品力学性能
Figure BDA0002375865060000042
如图1所示，00Cr12Ni10MoTi钢按照本发明申报的工艺方案热处理后的微观组织照片。从中可见，在马氏体基体上弥散分布着纳米级棒状Ni3(Ti,Al)金属间化合物析出相，并且在马氏体板条界上存在大量逆转变奥氏体。
实施例结果表明，本发明通过双固溶热处理及时效热处理能在马氏体基体中获得具有良好热稳定性的逆转变奥氏体，并且能保证纳米级析出相的稳定存在，这种多相组织使得产品的力学性能能够满足产品的技术要求，且显著提升了低温(-196℃)冲击韧性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，热处理方法包括按顺序设置的双固溶热处理和时效热处理，其中双固溶热处理包括预固溶处理工序、常规固溶处理工序和水淬处理工序三个步骤，使得合金元素完全固溶于铁基体中，并增加基体中的残余奥氏体含量。
2.按照权利要求1所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，马氏体时效不锈钢为包含有下述组分的固溶时效处理棒材：C≤0.03％、Si≤0.03％、Mn≤0.15％、Ni 9.4～10.3％、Cr 11.5～12.5％、Mo 0.6～0.8％、Ti 0.18～0.21％、Al≤0.20％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.按照权利要求2所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，不可避免的杂质包括P和S，P≤0.010％，S≤0.20％。
4.按照权利要求1所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，预固溶处理工序是按以下步骤进行的：
将锻造棒材放入真空热处理炉中按10℃/min的加热速率加热至740～760℃，并到温后均热15分钟后，保温，出炉空冷至室温完成；其中，保温时长按直径Φ≤100mm的坯料，保温60～90min；直径Φ≥100mm的坯料，保温90～120min控制。
5.按照权利要求1所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，常规固溶处理工序和水淬处理工序是按以下步骤进行的：
将预固溶处理后的坯料放入真空热处理炉中按10℃/min的加热速率加热至740～760℃，并到温后均热15分钟后，保温，出炉水冷至100℃以下后，出水空冷至室温完成；其中，保温时长按直径Φ≤100mm的坯料，保温60～90min；直径Φ≥100mm的坯料，保温90～120min控制。
6.按照权利要求1所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，时效热处理为人工时效处理，其具体过程为：待淬火处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入真空热处理炉中，并按5℃/min加热速率加热至490～510℃，保温，出炉空冷至室温完成；其中，在真空热处理炉中保温时长为8h～100h。
7.按照权利要求1所述的提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法，其特征在于，时效热处理后的不锈钢棒材力学性能如下：
σb:900～990MPa，σs:820～890MPa，A:20～24％，Z:76～82％，AKv(-196℃):90～140J。
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