CN111471940B - 一种高强度不锈钢转子及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度不锈钢转子及其制备方法，属于金属材料热加工技术领域，解决了现有技术中转子强度低，服役寿命短以及锻造中切削工艺原料浪费多，成本高的问题。一种高强度不锈钢转子，转子的元素组成按质量百分比计为：C：0.03％～0.050％、Cr：14.90％～15.80％、Ni：5.00％～5.70％、Cu：2.20％～2.80％、Nb+Ta：0.35％～0.44％、Mo：0.45％～0.54％、V：0.06％～0.10％、Si：0.20％～0.60％、Mn：0.40％～0.80％、P≤0.010％、S≤0.010％、O≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质元素。本发明制备得到了高强度、耐疲劳性能优良的转子，并降低了转子制备过程中的生产成本。

Description

一种高强度不锈钢转子及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料热加工技术领域，尤其涉及一种高强度不锈钢转子及其制备方法。
背景技术
高强度不锈钢具有高强韧性与耐蚀性能，是优良的结构材料，广泛应用于航空、航天、舰船等领域。目前高强度不锈钢的锻件使用广泛，锻造工艺已有相关研究。
高速转子是陀螺仪中的重要部件，高强度不锈钢由于具有高强度、高韧性、高尺寸稳定性、耐蚀性等特点，因此用于制造高速转子可达到较好的服役性能。现有技术采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，通过自由锻工艺制备棒料，再经过切削加工制备高速转子，切削加工量较大，极大的浪费了原材料，增加了成本。同时，通过棒材机加工的转子的金属流线是不封闭的，使用过程中存在安全隐患；另外，采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制备的转子强度只有560MPa，强度较低导致其服役寿命短。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种高强度不锈钢转子及其制备方法，用以解决现有技术中转子强度低，服役寿命短以及锻造中切削工艺原料浪费多，成本高的问题。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种高强度不锈钢转子，转子的元素组成按质量百分比计为：C：0.03％～0.050％、Cr：14.90％～15.80％、Ni：5.00％～5.70％、Cu：2.20％～2.80％、Nb+Ta：0.35％～0.44％、Mo：0.45％～0.54％、V：0.06％～0.10％、Si：0.20％～0.60％、Mn：0.40％～0.80％、P≤0.010％、S≤0.010％、O≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质元素。
一种高强度不锈钢转子的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：准备转子不锈钢坯料；
步骤2：坯料进行第一次加热后进行自由锻，自由锻后进行第一次退火以及表面处理，制得锻坯；
步骤3：锻坯进行第二次加热，第二次加热后进行模锻，模锻后进行第二次退火处理和固溶处理，制得锻件；
步骤4：锻件经粗加工、时效处理以及精加工后制得高强度不锈钢转子。
进一步，第一次加热过程为：燃气炉升温至750℃，将坯料装入燃气炉，保温1.5～2h，随后以200～300℃/h的速率升温至1140～1170℃，保温2～3h。
进一步，自由锻包括坯料的两次墩粗和一次拔长，一次镦粗至直径
Figure BDA0002474073060000021
再拔长至直径
Figure BDA0002474073060000022
二次墩粗至直径
Figure BDA0002474073060000023
坯料自由锻开锻温度1140～1170℃，终锻温度大于等于900℃，坯料锻后堆冷至300℃后散开，空冷至室温。
进一步，第一次退火处理为将自由锻后坯料放入电阻炉加热至640℃～660℃，保温12h～20h，随炉冷却至室温，制得锻坯。
进一步，第二次加热为：燃气炉升温至750℃，装入锻坯，保温1.5～3h，再以100～150℃/h的速率升温至1120℃～1150℃，保温1～2h。
进一步，步骤3中，模锻过程为：将锻坯放入模锻机中进行模锻，始锻温度为1120～1140℃，终锻温度大于等于900℃，锻后锻坯空冷至室温。
进一步，步骤3中，第二次退火处理是将模锻后锻坯放入电阻炉中，升温至640℃～660℃，保温25h～30h之后，炉冷至室温。
进一步，步骤3中，固溶处理是将第二次退火处理后锻坯置于电阻炉中加热至1035～1045℃，保温1～1.5h，保温结束后锻坯空冷至32℃以下，制得锻件。
进一步，步骤4中，时效处理是将粗加工后的锻件放入电阻炉中加热至550～560℃，保温4～4.5h，空冷至室温。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明采用高强度不锈钢材料，经自由锻与模锻两次锻造工艺的复合使用，以及自由锻与模锻之前分别进行加热与自由锻与模锻之后分别进行退火处理，在最后一次退火处理后，锻件又经过固溶处理、粗加工、时效处理、精加工处理后，转子的抗拉强度Rm不低于1100MPa；屈服强度Rp0.2不低于1000MPa；断后伸长率A不低于15％；断面收缩率Z不低于55％；硬度不低于36HRC，较现有的转子强度提高了500MPa以上，提高了转子的服役寿命。
2、本发明采用先自由锻后模锻的制备工艺，自由锻的锻造比大于3，模锻的锻造比大于2，自由锻和模锻的累计锻造比大于5，横向、纵向均有大的变形量，奥氏体晶粒度细小，晶粒得到较大的破碎，晶粒度细小(6级以上)，使得锻件横、纵向力学性能一致，提高了转子高速旋转部件的疲劳寿命，安全可靠性提高。
3、本发明中坯料自由锻包括两次墩粗和一次拔长过程。坯料第一次镦粗至直径
Figure BDA0002474073060000031
再拔长至直径
Figure BDA0002474073060000032
第二次墩粗至直径
Figure BDA0002474073060000033
坯料经过两次墩粗和一次拔长后开始进行自由锻。坯料自由锻的开锻温度1140～1170℃，优选为1140～1150℃。坯料自由锻中进行两次墩粗与一次拔长目的是使坯料产生较大的变形量，获得尺寸较小的晶粒，同时坯料获得横向和纵向晶粒大小均匀一致。
4、本发明中采用自由锻后第一次退火处理与模锻后经第二次退火处理，锻造过程中严格控制开锻和终锻的温度区间，自由锻开锻温度1140～1170℃，终锻温度大于900℃；模锻开锻温度为1120～1140℃，模锻终锻温度大于900℃，此温度下的锻坯热塑性好，控制每次的变形量和变形尺寸利于变形，保证了锻造过程材料的塑性，获得较大的锻造比，不出现裂纹等缺陷。
5、本发明中锻件经固溶处理后粗加工可以减小刀具损耗，并留有很小的精加工余量，在时效后再精加工，可以降低由于材料硬度增加而导致刀具的耗损量。
6、本发明中采用自由锻和模锻相结合的制备工艺，可以获得金属流线沿着锻件的外形呈封闭流线，制备的转子整体金属流线封闭，提高了锻件的抗疲劳性能和使用安全性，适合于10年以上周期服役。
7、本发明的锻件切削加工量小，节约了原料使用量，有效地降低了成本，避免了传统技术采用棒材直接切削加工成锻件形状，加工量大，原材料浪费的问题，且产品一致性好，合格率达到100％。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为转子模锻件示意图；
图2为转子示意图；
图3为实施例1中高速转子心部晶粒度；
图4为实施例1中高速转子边部晶粒度；
图5为对比例1中高速转子心部晶粒度；
图6为对比例1中高速转子边部晶粒度。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种高强度不锈钢转子，其化学组分按质量百分比计为：C：0.03％～0.050％、Cr：14.90％～15.80％、Ni：5.00％～5.70％、Cu：2.20％～2.80％、Nb+Ta：0.35％～0.44％、Mo：0.45％～0.54％、V：0.06％～0.1％、Si：0.20％～0.60％、Mn：0.40％～0.80％、P≤0.010％、S≤0.010％、O≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质元素。
为了获得高强度的转子，加入了5.00～5.70％的Ni，获得马氏体组织；加入强化元素Cu(2.20～2.80％)，析出第二相ε-Cu；加入Nb，获得NbC析出相；Mo的加入起到了固溶强化作用。为了保证疲劳性能，P和S降低到0.01％以下；为了降低氧化物夹杂的含量，提高疲劳性能，O降低到0.003％以下；为了提高转子的耐腐蚀性，合金配比Cr元素为14.90～15.80％。
另一方面，本发明提供一种高强度不锈钢转子的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：准备转子不锈钢坯料；
步骤2：坯料进行第一次加热后进行自由锻，自由锻后进行第一次退火以及表面处理，制得锻坯；
第一次加热过程为：燃气炉升温至750℃，将坯料装入燃气炉，保温1.5～2h，随后以200～300℃/h的速率升温至1140～1170℃，保温2～3h。自由锻包括坯料的两次墩粗和一次拔长，一次镦粗至直径φ440～460mm，再拔长至直径φ350～380mm，二次墩粗至直径φ440～460mm；坯料自由锻开锻温度1140～1170℃，终锻温度大于等于900℃，坯料锻后堆冷至300℃后散开，空冷至室温；第一次退火处理为将自由锻后坯料放入电阻炉加热至640℃～660℃，保温12h～20h，随炉冷却至室温，制得锻坯。
步骤3：锻坯进行第二次加热，第二次加热后进行模锻，模锻后进行第二次退火处理和固溶处理，制得锻件；
第二次加热为：燃气炉升温至750℃，装入锻坯，保温1.5～3h，再以100～150℃/h的速率升温至1120℃～1150℃，保温1～2h。模锻过程为：将锻坯放入模锻机中进行模锻，始锻温度为1120～1140℃，终锻温度大于等于900℃，锻后锻坯空冷至室温。第二次退火处理是将模锻后锻坯放入电阻炉中，升温至640℃～660℃，保温25h～30h之后，炉冷至室温。固溶处理是将第二次退火处理后锻坯置于电阻炉中加热至1035～1045℃，保温1～1.5h，空冷至32℃以下，制得锻件。
步骤4：锻件经粗加工、时效处理以及精加工，制得高强度不锈钢转子；
时效处理是将粗加工后的锻件放入电阻炉中加热至550～560℃，保温4～4.5h，空冷至室温，制得转子。
具体的，步骤1中，准备尺寸为直径
Figure BDA0002474073060000061
高强度不锈钢棒材，锯切长度450～480mm的坯料，去除表面毛刺。为了缓和后续锻造过程中的棱角处应力集中，消除安全隐患，本发明在坯料的两个端面倒圆角R20。
步骤2中，具体步骤如下：
步骤21：坯料在燃气炉中进行第一次加热；
燃气炉升温至750～760℃后，装入坯料并保温1.5～2h，随后以200～300℃/h的速率升温至1140～1170℃，保温2～3h。选择将坯料在750～760℃装炉，使坯料快速通过400～470℃脆性温度区间，降低坯料的脆性。坯料在400～470℃温度区间长时间保温，组织中会析出强化相，增加材料受内热应力影响而产生裂纹倾向。
与现有技术中燃气炉的升温速率在100℃/h，本发明中坯料的升温速率为200～300℃/h的速率下快速升温至1140～1170℃，缩短升温耗费的时间，降低能源消耗，提高生产效率。同时，缩短升温速率还可以抑制不锈钢坯料在高温下奥氏体晶粒长大，提高坯料的强度，降低坯料的塑性；坯料在1140～1170℃保温2～3h，可以保证坯料锻造前温度和组织的均匀性。
步骤22：坯料自由锻；
坯料自由锻包括两次墩粗和一次拔长过程。坯料第一次镦粗至直径
Figure BDA0002474073060000071
再拔长至直径
Figure BDA0002474073060000072
第二次墩粗至直径
Figure BDA0002474073060000073
Figure BDA0002474073060000074
坯料经过两次墩粗和一次拔长后开始进行自由锻。坯料自由锻的开锻温度1140～1170℃，优选为1140～1150℃。坯料自由锻中进行两次墩粗与一次拔长目的是使坯料产生较大的变形量，获得尺寸较小的晶粒，同时可获得横向和纵向晶粒大小均匀一致，为模锻做准备。
现有技术中棒材直接进行机械加工成转子，棒材不产生变形，也无锻造比例。本发明把棒材通过锻造方式获得较大的锻造比，自由锻锻造比大于3，使晶粒剧烈变形，积聚的能量会使变形晶粒的边界形成新的晶粒形核核心，发生再结晶，形成细小均匀的等轴晶粒。
另外，本发明为了保证坯料充分变形，使晶粒破碎细小，又不至坯料在锻造过程中开裂，因此终锻温度大于900℃。自由锻后将锻坯堆冷至300℃后散开空冷，其目的主要是为了防止冷速过快导致锻坯心部和表面产生热应力不均匀而出现裂纹。坯料经自由锻后制得锻坯。
步骤23：坯料第一次退火处理；
锻坯放入电阻炉中升温至640～660℃，优选640～650℃，保温12h～20h，优选12～15h。第一次退火处理是为了消除由于锻造变形不均匀产生的组织缺陷，降低锻件晶粒间的位错密度，使组织均匀化，消除残余应力。
现有技术中，坯料的退火温度为620～640℃，或者不退火处理，与现有技术中退火温度620～640℃相比，本发明的退火温度范围较高，是因为锻坯在自由锻中锻造比大，变形大，内应力大，通过更高的退火温度来消除内应力。
步骤24：坯料在经过退火处理后进行表面处理，制得锻坯。
锻件表面处理使用抛丸机清理锻后锻坯的表面氧化皮，并打磨锻件表面缺陷。表面处理的目的是防止表面裂纹等缺陷在后续模锻过程中进入部件内部，或继续开裂而降低成材率和影响锻件性能。
步骤3中，具体步骤如下：
步骤31：锻坯经上述表面处理后进行第二次加热；
第二次加热是将表面处理过的锻坯进行加热，为模锻做准备。燃气炉升温至750～780℃后，装入锻坯并保温1.5～3h，再以100～150℃/h的速率升温至1120℃～1150℃，保温1～2h。将锻坯在750～780℃装炉，使锻坯加热温度快速通过400～470℃脆性温度区间，若在该温度区间长时间保温，组织中会析出沉淀强化相，极大的增加了材料由于受内热应力影响而产生裂纹倾向，以100～150℃/h的速率升温至1120℃～1150℃，优选的升温速率120～150℃/h，采用该升温速率可以在加热过程中锻坯的表面到心部的温度更加均匀，温度梯度小，采用1120℃～1150℃，保温时间1～2h，可以降低能源消耗，其次是抑制了高温下奥氏体晶粒长大，且保证了材料组织的均匀性。
特别的，本发明中两次加热过程中的升温速率不同，第一次加热是自由锻之前加热，加热速率较快，第二次加热是为了模锻，为了锻坯内外温度一致，因此加热速率慢。另外，第一次升温速率快是为了缩短加热时间，加热时间过长会发生晶粒的长大。第二次加热速率降低是由于加热速度过快会造成内外温度梯度大，形成热应力，热塑性变差，影响锻造变形。
步骤32：锻坯在第二次加热后进行模锻；
锻坯模锻开锻温度为1120～1140℃，优选的开锻温度为1120～1130℃，此温度下的锻坯热塑性好，利于变形。模锻终锻温度大于900℃，为避免模锻过程棱角处发生应力集中，终锻温度尽量高，但同时考虑晶粒得到充分破碎并获得细小的晶粒，故优选的终锻温度高于950℃。模锻后锻件空冷至室温，制得锻件。
模锻过程中采用下模具下压锻坯的变形方式，并进行5次下压变形的方式，首先用机械手将第二次加热后的锻坯放置在模锻机的下模具的型腔内，调整锻坯的轴心与模具轴心对中，避免锻造过程中发生偏心，第1次变形用2000～3000吨压力使上模具下压锻坯，保证锻坯对中并固定在下模具的型腔中，第2次和第3次变形用5000吨以上的压力使上模具下压锻坯，可获得较大的锻造比，充分破碎晶粒，第4次变形用4500吨压力下压锻坯，可使锻坯填满上下模具的型腔，第5次变形用4000吨压力下压锻坯，并保持30～40秒，可使锻坯进一步填满上下模具型腔，同时锻坯在型腔内保持30～40秒可以使棱角处的应力得到释放，并可以使锻坯内外温度和组织更加均匀，也可以保证外形尺寸达到要求。经过模锻后，锻坯的厚度方向由280mm下压至100～120mm，锻造比大于2，填满模具的型腔，通过模锻获得形状与高速转子近似的锻件，后续加工量少，保证了横纵向均发生较大的变形，材料各方向上性能趋于一致。
步骤33：模锻后的锻坯进行第二次退火过程；
将模锻后的锻件放入电阻炉中，升温至640℃～660℃，保温25h～30h，之后随炉空冷至室温，优选退火温度为640～650℃，二次退火可以消除模锻件的组织缺陷，再次降低晶粒间的位错密度，使组织均匀化，并消除残余应力。
步骤34：模锻后的锻坯经第二次退火过程后进行固溶处理，制得锻件。
固溶处理将合金元素或析出相固溶于高温奥氏体中，为时效过程中的析出相弥散析出做准备，并可以使组织更加均匀。因此，固溶处理时将模锻后的锻坯在电阻炉中加热至固溶温度1035～1045℃，优选的固溶温度为1040℃，保温1～1.5h，优选的保温时间1h，之后将锻坯空冷至32℃以下，空冷至32℃以下是为了使马氏体相变完全，保证钢获得较高的强度。
步骤4中，具体步骤如下：
步骤41：锻件进行粗加工。锻件采用铣床和车床对模锻件进行粗加工，留下1～1.5mm的精加工余量；
步骤42：锻件经粗加工后进行时效处理。将粗加工后的锻件在电阻炉中加热至550～560℃后，保温4～4.5h，空冷至室温。其中，优选的温度为550℃，优选的保温时间是4h。通过时效处理可以在钢中析出大量的富Cu和Nb(CN)等细小、弥散的强化相，大幅度提高钢的强度，满足力学性能使用要求；
步骤43：锻件最后经精加工后成材。采用机床对时效后的锻件进行精加工，达到最终表面质量与尺寸要求，达到最终表面质量达到Ra1.6，模锻件外形是陀螺形状，如图1所示。
实施例1
本实施例提供一种高强度不锈钢转子，其元素组成按质量百分比计为：C：0.043％、Cr：15.4％、Ni：5.35％、Cu：2.52％、Nb+Ta：0.41％、Mo：0.53％、V：0.08％、Si：0.25％、Mn：0.46％、P：0.005％、S≤0.010％，O≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质元素。
另一方面，本发明提供一种高强度不锈钢转子的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：准备转子不锈钢坯料；
准备尺寸为
Figure BDA0002474073060000114
的高强度不锈钢坯料，去除表面毛刺，并在端面倒圆角R20。
步骤2：坯料进行第一次加热后进行自由锻，自由锻后进行第一次退火以及表面处理，制得锻坯；
步骤21：坯料在燃气炉中第一次加热；
燃气炉升温至750℃后，装入坯料并保温1.5h，后以250℃/h的速率升温至1140℃，保温2.5h。
步骤22：坯料进行自由锻；
将坯料放入1000吨快锻机中，首先进行一次镦粗，将坯料墩粗至直径
Figure BDA0002474073060000111
高度约280mm，再拔长至直径
Figure BDA0002474073060000112
高度约440mm，再进行二次墩粗至直径
Figure BDA0002474073060000113
高度280mm，开锻温度1140℃，终锻温度为950℃，锻后将锻坯堆冷至300℃后散开空冷，锻造比约为4.5。
步骤23：坯料自由锻后进行第一次退火及表面处理后，制得锻坯；
自由锻后坯料放入电阻炉中加热至640℃，保温12h，炉冷至室温。使用抛丸机清理锻后坯料表面氧化皮，并打磨锻件表面缺陷。
步骤3：锻坯进行第二次加热，第二次加热后进行模锻，模锻后进行第二次退火和固溶处理，制得锻件；
步骤31：锻坯进行第二次加热；
燃气炉升温至750℃后，装入锻坯并保温2h后，以150℃/h的速率升温至1130℃，保温1h。
步骤32：第二次加热后锻坯进行模锻；
将燃气炉二次加热后的锻坯放入6000吨模锻机中进行模锻，模锻过程中，第1次变形用3000吨压力使上模具下压锻坯，并使锻坯对中并固定在下模具的型腔中，第2次和第3次变形用5300吨的压力使上模具下压锻坯，第4次变形用4500吨压力下压锻坯，使锻坯完全填满上下模具的型腔，第5次变形用4000吨压力下压锻坯，并保持30秒。锻坯厚度方向由280mm下压至105mm，使得填满上下模具的型腔，开锻温度为1120℃，终锻温度为950℃，锻后空冷至室温。
步骤33：模锻后锻坯进行第二次退火；
将模锻后的锻坯放入电阻炉中加热至640℃，保温25h后，炉冷至室温。
步骤34：第二次退火后锻坯进行固熔处理，制得锻件；
将第二次退火后锻坯在电阻炉中加热至1040℃，保温1h后，空冷至32℃以下。
步骤4：锻件经粗加工、时效处理以及精加工后制得高强度的不锈钢转子。
步骤41：锻件粗加工；
采用铣床和车床对模锻件进行粗加工，留下1mm的精加工余量。
步骤42：时效处理；
将粗加工的锻件放入电阻炉中加热至550℃，保温4h后，空冷至室温。
步骤43：时效处理后锻件精加工；
采用机床对时效后的锻件进行精加工，达到最终表面质量与尺寸要求，达到最终表面质量达到Ra1.6，模锻件外形是陀螺形状，如图1所示。
实施例2
根据实施例1所述的方法，不同的是：自由锻中开锻温度1150℃，终锻温度为900℃，锻后将锻坯堆冷至300℃后散开空冷，力学性能见表1。
实施例3
根据实施例1所述的方法，不同的是：模锻过程中，第1次变形用3000吨压力使上模具下压锻坯，并使锻坯对中并固定在下模具的型腔中，第2次和第3次变形用5500吨的压力使上模具下压锻坯，第4次变形用4500吨压力下压锻坯，使锻坯完全填满上下模具的型腔，第5次变形用4000吨压力下压锻坯，并保持40秒。锻坯厚度方向由280mm下压至120mm，使得填满上下模具的型腔，开锻温度为1140℃，终锻温度为950℃，锻后空冷至室温，力学性能见表1。
实施例4
根据实施例1所述的方法，不同的是：将第二次退火处理后的锻坯在电阻炉中加热至1035℃，保温1h之后，空冷至32℃以下，力学性能见表1。
实施例5
根据实施例1所述的方法，不同的是：时效处理为加热至560℃后，保温4h，空冷至室温，力学性能见表1。
对比例1
采用实施例1所述转子的制备方法，不同的是：模锻过程中锻坯厚度方向由280mm下压至150mm，力学性能见表1，粗晶和混晶如图5所示，金属平均晶粒度测定法GB/T 6394中记载的方法进行测量的。
对比例2
采用实施例1所述的转子的方法，不同的是：时效处理时加热至540℃后，保温4h，空冷至室温，力学性能见表1。
表1列出高速转子的实测室温力学性能，力学性能试验按照标准GB/T228测试。
表1实施例1～5与对比例1～2中转子室温力学性能与晶粒粒度结果
Figure BDA0002474073060000141
Figure BDA0002474073060000151
由表1可以看出，采用本发明制备的高强度不锈钢转子的力学性能优异，其抗拉强度Rm不低于1100MPa；屈服强度Rp0.2不低于1000MPa；断后伸长率A不低于15％；断面收缩率Z不低于55％；硬度不低于36HRC，力学性达到标准要求，且横向、纵向性能差异极小，满足设计使用要求。
图3与图4分别是实施例1制备的高速转子心部与边部的奥氏体晶粒形貌，两者晶粒尺寸近似，平均晶粒度在6.5级～7.0级，高速转子不同位置的组织是近乎一致的，本发明制备方法可获得更加均匀的组织。
图5和图6分别是对比例1的心部与边部的奥氏体晶粒形貌，由于锻造比控制不佳出现了混晶，且粗晶严重，伸长率下降明显，不满足指标要求，影响了转子的性能。
对比例2中时效温度采用540℃，保温4h后，虽然强度有了较大的提升，但其伸长率和断面收缩率显著的下降，性能不满足指标要求，影响了转子的性能。
综上所述，本发明提供的高强度不锈钢高速转子的制备方法通过将自由锻与模锻工艺有效的结合起来，增加的变形量和锻造比，获得组织均匀、性能稳定的高速转子，本发明制备方法大大的降低了加工量，提高了原材料的利用率，采用合理的热处理工艺调控组织，减少了加工刀具的损耗，各项性能均达到指标要求，且制备出的高速转子组织均匀、横纵向力学性能无明显差异，性能优异，满足实际服役要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度不锈钢转子，其特征在于，转子的元素组成按质量百分比计为：C：0.03％～0.050％、Cr：14.90％～15.40％、Ni：5.00％～5.70％、Cu：2.20％～2.52％、Nb+Ta：0.35％～0.44％、Mo：0.45％～0.54％、V：0.06％～0.10％、Si：0.20％～0.60％、Mn：0.40％～0.80％、P≤0.010％、S≤0.010％、O≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质元素；所述高强度不锈钢转子的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：准备转子不锈钢坯料；
步骤2：坯料进行第一次加热后进行自由锻，自由锻后进行第一次退火以及表面处理，制得锻坯；所述自由锻包括坯料的两次墩粗和一次拔长，一次镦粗至直径
Figure FDA0003156002950000011
再拔长至直径
Figure FDA0003156002950000012
二次墩粗至直径
Figure FDA0003156002950000013
坯料自由锻开锻温度1140～1170℃，终锻温度大于等于900℃，坯料自由锻后堆冷至300℃后散开，空冷至室温；
步骤3：锻坯进行第二次加热，第二次加热后进行模锻，模锻后进行第二次退火处理和固溶处理，制得锻件；所述模锻过程为：将锻坯放入模锻机中进行模锻；模锻始锻温度为1120～1140℃，终锻温度大于等于900℃；模锻后锻坯空冷至室温；自由锻的锻造比大于3，模锻的锻造比大于2；
步骤4：锻件经粗加工、时效处理以及精加工后制得高强度不锈钢转子；
所述步骤2中，第一次加热过程为：燃气炉升温至750℃，将坯料装入燃气炉，保温1.5～2h，随后以200～300℃/h的速率升温至1140～1170℃，保温2～3h；
所述步骤2中，第一次退火处理为将自由锻后坯料放入电阻炉加热至640℃～660℃，保温12h～20h，随炉冷却至室温，制得锻坯；
所述步骤3中，第二次加热为：燃气炉升温至750℃，装入锻坯，保温1.5～3h，再以100～150℃/h的速率升温至1120℃～1150℃，保温1～2h；
所述步骤3中，第二次退火处理是将模锻后锻坯放入电阻炉中，升温至640℃～660℃，保温25h～30h，炉冷至室温；
所述高强度不锈钢转子心部与边部的奥氏体晶粒尺寸平均晶粒度均在6.5级～7.0级；抗拉强度Rm不低于1100MPa；屈服强度Rp0.2不低于1000MPa；断后伸长率A不低于15％；断面收缩率Z不低于55％；硬度不低于36HRC。
2.一种高强度不锈钢转子的制备方法，用于制备权利要求1所述的高强度不锈钢转子，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：准备转子不锈钢坯料；
步骤2：坯料进行第一次加热后进行自由锻，自由锻后进行第一次退火以及表面处理，制得锻坯；
所述自由锻包括坯料的两次墩粗和一次拔长，一次镦粗至直径
Figure FDA0003156002950000021
再拔长至直径
Figure FDA0003156002950000022
二次墩粗至直径
Figure FDA0003156002950000023
坯料自由锻开锻温度1140～1170℃，终锻温度大于等于900℃，坯料自由锻后堆冷至300℃后散开，空冷至室温；
步骤3：锻坯进行第二次加热，第二次加热后进行模锻，模锻后进行第二次退火处理和固溶处理，制得锻件；
所述模锻过程为：将锻坯放入模锻机中进行模锻；模锻始锻温度为1120～1140℃，终锻温度大于等于900℃；模锻后锻坯空冷至室温；
步骤4：锻件经粗加工、时效处理以及精加工后制得高强度不锈钢转子。
3.根据权利要求2所述的高强度不锈钢转子的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，第一次加热过程为：燃气炉升温至750℃，将坯料装入燃气炉，保温1.5～2h，随后以250～300℃/h的速率升温至1140～1170℃，保温2～3h。
4.根据权利要求2所述的高强度不锈钢转子的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，坯料自由锻开锻温度1140～1150℃。
5.根据权利要求2所述的高强度不锈钢转子的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，模锻始锻温度为1120～1130℃。
6.根据权利要求2所述的高强度不锈钢转子的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，固溶处理将第二次退火处理的锻坯置于电阻炉中加热至1035～1045℃，保温1～1.5h，保温结束后锻坯空冷至32℃以下，制得锻件。
7.根据权利要求2-6任一项所述的高强度不锈钢转子的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，时效处理是将粗加工后的锻件放入电阻炉中加热至550～560℃，保温4～4.5h，空冷至室温。
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