CN112553415B - 一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法 - Google Patents

一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，该方法为：将奥氏体化后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢先淬入热水中进行冷却，待0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢内部温度均匀后，再置于冰水混合物中进行冷处理。与现有技术相比，采用本发明淬火方法，最终热加工得到的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢工件经正常流程回火后强度与韧塑性均可满足设计要求，且工艺流程简单，物料成本低廉；通过热水槽的温度、停留时间和搅拌速率等参数可以有效控制工件的冷却速度，热处理后的工件残余应力小，不易开裂；且不存在油淬时着火、产生浓烟等问题，整体清洁无污染，具有良好的应用前景。

Description

一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法
技术领域
本发明属于钢铁材料热处理技术领域，涉及一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法。
背景技术
淬火是钢铁材料热处理过程的必备工序，淬火冷速对于工件的组织与性能具有重要影响。淬火冷速过快会导致工件淬火应力增大，出现淬裂的现象；淬火冷速过慢达不到临界冷速则又会影响其性能。因此，必须根据钢材的成分与工件的实际形状选择合适的淬火方法。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，在水电、火电、核电、泵、阀、化工、高压容器和军事航天等行业领域获得广泛应用。0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢常规的热处理工艺为：1100℃±10℃保温50min-70min后油淬，之后再进行580℃的回火处理。采用该方法在进行淬火时，工件入油时会着火，之后产生大量浓烟，具有一定的安全隐患，并造成严重的环境污染。因此，需要开发一种安全、清洁、成本低廉的淬火方法来解决这一问题。
目前，对于3Cr2Mo钢等合金钢大模块，可采用空气和常温水替代油，进行喷水-空冷-喷水-空冷……交替冷却的淬火技术，能够有效防止工件淬裂，并保证工件被淬透。但是这一方法仅适用于大型工件，而采用0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢制造的静子叶片等尺寸较小、形状复杂的工件在水冷步骤中冷速太快，淬火介质转换时间难以把握，实际生产中无法实现，无法适用空气和常温水替代油的淬火方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢油淬方法存在安全隐患与环境污染问题，且现有的油替代淬火技术无法普遍适用于实际生产的现状，而提供一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，以节能环保、成本低廉的热水作为冷却介质，有效解决上述问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，该方法为：将奥氏体化后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢先淬入热水中进行冷却，待0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢内部温度均匀后，再置于冰水混合物中进行冷处理。
进一步地，所述的热水的温度为80-100℃，所述的冰水混合物的温度为0-5℃。
进一步地，所述的冷处理的时间为120-240min。
进一步地，冷处理后，将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，并在空气中回复至室温。
进一步地，所述的热水盛装在热水槽中，所述的冰水混合物盛装在冷水槽中。
进一步地，所述的热水选自标准大气压下沸点为100℃的纯水，所述的冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。
进一步地，所述的热水槽中设有变频搅拌器、热电偶及加热器。热水槽具有加热功能，并可以自由控制水温。
进一步地，所述的热水槽中，热水的搅拌速率为0-200r/min，可通过调整搅拌速率增加热水的流动并控制其流动方向，确保水温平衡，避免出现热水槽上下方温差过大的情况，保证淬火组织的均匀性。
进一步地，所述的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在热水中等温时，芯部温度处于过冷奥氏体发生马氏体相变的温度区间。
进一步地，所述的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：
C：≤0.07％，Cr：15.00-17.00％，Ni：3.50-5.00％，Mo：0.70-1.50％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.50％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，Cu：≤0.35％，Sn：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明可以通过调节热水槽中热水的搅拌速率，使工件芯部的冷却速度达到0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢临界淬火冷速，达到淬透的目的；冷水槽中冰水混合物的温度与工件停留时间可以通过相变动力学方程计算得到，保证材料马氏体转变完全进行，消除残余奥氏体的不良影响。
采用本发明淬火方法，最终热加工得到的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢工件经正常流程回火后强度与韧塑性均可满足设计要求，且工艺流程简单，物料成本低廉；通过热水槽的温度、停留时间和搅拌速率等参数可以有效控制工件的冷却速度，热处理后的工件残余应力小，不易开裂；且不存在油淬时着火、产生浓烟等问题，整体清洁无污染，具有良好的应用前景。
与现有技术相比，本发明对0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢进行淬火后，按照常规工艺回火得到的材料强度完全达标，屈服强度≥880MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥16％，冲击韧性≥160J/cm2，可充分发挥该材料的综合机械性能，用于制造航空航天领域的核心部件(静子叶片等)，且相较于常规油淬工艺操作简单，节能环保，具有良好的经济效益，易于大规模推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
采用块状0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样进行热处理，具体包括以下步骤：
步骤1：将空的淬火炉升温至1100℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；
步骤2：将保温后的试样取出，放入盛有90℃热水的热水槽中淬火，热水槽搅拌速率为5r/min；
步骤3：待工件温度基本均匀后，将其从热水槽中取出，放入盛有0-5℃冰水混合物的冷水槽中冷却并保温180min。
步骤4：将冷处理后的试样取出，待其回复至室温后放入预先升温至580℃的炉子进行回火，回火时间为60min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。
对比例：
采用块状0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样进行热处理，按照油淬的常规工艺进行热处理，具体包括以下步骤：
步骤1：将空的淬火炉升温至1100℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；
步骤2：将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中冷却60min；
步骤3：将淬火后的试样取出，待其回复至室温后放入预先升温至580℃的炉子进行回火，回火时间为60min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。
对实施例1及对比例中经过热处理得到的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样进行力学性能测试，结果如下表所示：
Figure BDA0002815820810000041
由上表可以看出，采用本发明清洁分级淬火方法得到的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样，在维持较高的延伸率同时，屈服强度提升了近100MPa，抗拉强度提升了近40MPa，冲击韧性提升幅度超过20％，力学性能得到明显改善，证明了该方法的可行性。
实施例2：
一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，该方法为：将奥氏体化后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢先淬入热水中进行冷却，待0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢内部温度均匀后，再置于冰水混合物中进行冷处理。
其中，热水的温度为80℃，冰水混合物的温度为0℃。冷处理的时间为240min。冷处理后，将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，并在空气中回复至室温。
热水盛装在热水槽中，冰水混合物盛装在冷水槽中。热水选自标准大气压下沸点为100℃的纯水，冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。热水槽中设有变频搅拌器、热电偶及加热器。热水槽中，热水的搅拌速率为50r/min。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在热水中等温时，芯部温度处于过冷奥氏体发生马氏体相变的温度区间。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：
C：≤0.07％，Cr：15.00-17.00％，Ni：3.50-5.00％，Mo：0.70-1.50％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.50％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，Cu：≤0.35％，Sn：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例3：
一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，该方法为：将奥氏体化后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢先淬入热水中进行冷却，待0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢内部温度均匀后，再置于冰水混合物中进行冷处理。
其中，热水的温度为100℃，冰水混合物的温度为5℃。冷处理的时间为120min。冷处理后，将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，并在空气中回复至室温。
热水盛装在热水槽中，冰水混合物盛装在冷水槽中。热水选自标准大气压下沸点为100℃的纯水，冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。热水槽中设有变频搅拌器、热电偶及加热器。热水槽中，热水的搅拌速率为5r/min。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在热水中等温时，芯部温度处于过冷奥氏体发生马氏体相变的温度区间。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：
C：≤0.07％，Cr：15.00-17.00％，Ni：3.50-5.00％，Mo：0.70-1.50％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.50％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，Cu：≤0.35％，Sn：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例4：
一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，该方法为：将奥氏体化后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢先淬入热水中进行冷却，待0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢内部温度均匀后，再置于冰水混合物中进行冷处理。
其中，热水的温度为90℃，冰水混合物的温度为2℃。冷处理的时间为180min。冷处理后，将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，并在空气中回复至室温。
热水盛装在热水槽中，冰水混合物盛装在冷水槽中。热水选自标准大气压下沸点为100℃的纯水，冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。热水槽中设有变频搅拌器、热电偶及加热器。热水槽中，热水的搅拌速率为200r/min。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在热水中等温时，芯部温度处于过冷奥氏体发生马氏体相变的温度区间。
0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：
C：≤0.07％，Cr：15.00-17.00％，Ni：3.50-5.00％，Mo：0.70-1.50％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.50％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，Cu：≤0.35％，Sn：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，该方法为：将奥氏体化后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢先淬入热水中进行冷却，待0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢内部温度均匀后，再置于冰水混合物中进行冷处理；
所述的热水的温度为80-100℃，所述的冰水混合物的温度为0-5℃；
所述的冷处理的时间为120-240min。
2.根据权利要求1所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，冷处理后，将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，并在空气中回复至室温。
3.根据权利要求1所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，所述的热水盛装在热水槽中，所述的冰水混合物盛装在冷水槽中。
4.根据权利要求3所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，所述的热水选自标准大气压下沸点为100℃的纯水，所述的冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。
5.根据权利要求3所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，所述的热水槽中设有变频搅拌器、热电偶及加热器。
6.根据权利要求5所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，所述的热水槽中，热水的搅拌速率为0-200r/min。
7.根据权利要求1所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，所述的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在热水中等温时，芯部温度处于过冷奥氏体发生马氏体相变的温度区间。
8.根据权利要求1所述的一种0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的清洁分级淬火方法，其特征在于，所述的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：
C：≤0.07％，Cr：15.00-17.00％，Ni：3.50-5.00％，Mo：0.70-1.50％，Si：≤1.00％，Mn：≤1.50％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，Cu：≤0.35%，Sn：≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
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