CN112779384A - 一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法 - Google Patents

一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。与现有技术相比，本发明降低了淬火终止温度，并增设了一个成本低廉、操作便捷的冰水混合物冷处理步骤，可以有效细化晶粒，并且基本消除淬火后的残余奥氏体。采用本发明对0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢进行热处理后，材料强度完全达标，屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥930MPa，同时韧塑性得到有效提高，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。

Description

一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法
技术领域
本发明属于钢铁材料热处理技术领域，涉及一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法。
背景技术
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，具体工件包括水电设施中的耐磨件、海上高速艇螺旋桨轴、海洋环境螺栓以及航空航天领域的核心部件静子叶片等。
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，之后再进行温度为580℃±5℃、时长为2h-2.5h的回火处理。以常规热处理方式得到的工件能够基本满足使用条件，但是其晶粒尺寸较为粗大，约为85～90μm，性能无法满足一些特殊场合的需要，应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，通过降低工件淬火终止温度并增设冰水混合物进行冷处理，实现晶粒尺寸的细化与组织调控，有效提升材料的韧塑性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。
进一步地，保温处理过程中：温度为900-1000℃，时间为60-120min。
进一步地，淬火过程为：将保温处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的温度低于50℃时，取出0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢。
进一步地，所述的淬火油为快速淬火油。
进一步地，所述的淬火油的温度为20-40℃。
进一步地，冷处理过程为：将淬火后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温120-240min。
进一步地，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，所述的冰水混合物的温度为0-5℃。
进一步地，回火过程为：将冷处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于520-580℃下回火50-100min，之后在空气中自然冷却至室温。回火冷却方式为空冷。
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。
研究表明，降低淬火终止温度可以使材料的晶粒尺寸减小，通过细晶强化来有效提高其韧塑性。然而，由于0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢中合金元素含量较高，降低淬火终止温度后马氏体相变结束温度将降低至室温以下，导致室温时存在一定量的残余奥氏体，因此，本发明进一步通过冰水混合物冷处理来使马氏体相变充分进行，消除残余奥氏体可能带来的负面影响。通过采用本发明热处理方法，制备得到的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢工件晶粒尺寸较小，残余奥氏体数量减少，在保持较高强度的同时韧塑性得到有效提高，满足设计要求与工件的使用要求。
与现有技术相比，本发明降低了淬火终止温度，并增设了一个成本低廉、操作便捷的冰水混合物冷处理步骤，可以有效细化晶粒，并且基本消除淬火后的残余奥氏体。采用本发明对0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢进行热处理后，材料强度完全达标，屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥930MPa，同时韧塑性得到有效提高，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(如静子叶片等)。
附图说明
图1为实施例1-3及对比例中0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样淬火态的晶粒形貌照片，其中，(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为对比例。
具体实施方式
下面结合附图和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：
1)将空的淬火炉升温至900℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；
2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中淬火；
3)当试样温度低于50℃时取出，将其放入0～5℃的冰水混合物中保温120min；
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。
实施例2：
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：
1)将空的淬火炉升温至950℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；
2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中淬火；
3)当试样温度低于50℃时取出，将其放入0～5℃的冰水混合物中保温120min；
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。
实施例3：
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：
1)将空的淬火炉升温至1000℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；
2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中淬火；
3)当试样温度低于50℃时取出，将其放入0～5℃的冰水混合物中保温120min；
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：
常规工艺热处理步骤如下：
1)将空的淬火炉升温至1100℃，待温度稳定后，将块状0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样放入炉中，保温60min；
2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中冷却60min；
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120min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。
对上述实施例1-3中冷处理状态下及对比例淬火状态下的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样进行光学金相观察和XRD残余奥氏体测量，并在四组试样完成回火后进行力学性能测试。结果分别如图1、表1所示。
表1
Figure BDA0002815820650000041
可以看出，采用本发明方法进行热处理后，0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样在淬火状态下平均晶粒尺寸相较对比例大大减小，且残余奥氏体含量更低；虽然试样的抗拉强度提升不大，但屈服强度和延伸率相较对比例均有小幅提高，冲击韧性更是有着最高26％的巨大提升，表明本发明热处理方法可以有效提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的韧塑性。
实施例4：
一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。
其中，保温处理过程中：温度为900℃，时间为120min。
淬火过程为：将保温处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的温度为49℃时，取出0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢。淬火油为快速淬火油，淬火油的温度为20℃。
冷处理过程为：将淬火后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温240min。冰水混合物为高聚物冰袋置入自来水中制备而成。冰水混合物的温度为0℃。
回火过程为：将冷处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于580℃下回火50min，之后在空气中自然冷却至室温。
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5：
一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。
其中，保温处理过程中：温度为1000℃，时间为60min。
淬火过程为：将保温处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的温度为48℃时，取出0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢。淬火油为快速淬火油，淬火油的温度为40℃。
冷处理过程为：将淬火后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温120min。冰水混合物为高聚物冰袋置入自来水中制备而成。冰水混合物的温度为5℃。
回火过程为：将冷处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于520℃下回火100min，之后在空气中自然冷却至室温。
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6：
一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。
其中，保温处理过程中：温度为950℃，时间为90min。
淬火过程为：将保温处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的温度为45℃时，取出0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢。淬火油为快速淬火油，淬火油的温度为30℃。
冷处理过程为：将淬火后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温180min。冰水混合物为高聚物冰袋置入自来水中制备而成。冰水混合物的温度为2℃。
回火过程为：将冷处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于550℃下回火75min，之后在空气中自然冷却至室温。
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 (10)

1.一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，该方法为：将0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。
2.根据权利要求1所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，保温处理过程中：温度为900-1000℃，时间为60-120min。
3.根据权利要求1所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，淬火过程为：将保温处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的温度低于50℃时，取出0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢。
4.根据权利要求3所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，所述的淬火油为快速淬火油。
5.根据权利要求3所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，所述的淬火油的温度为20-40℃。
6.根据权利要求1所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，冷处理过程为：将淬火后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温120-240min。
7.根据权利要求6所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，所述的冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。
8.根据权利要求6所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，所述的冰水混合物的温度为0-5℃。
9.根据权利要求1所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，其特征在于，回火过程为：将冷处理后的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于520-580℃下回火50-100min，之后在空气中自然冷却至室温。
10.根据权利要求1所述的一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，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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