CN112899445B - 一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法 - Google Patents

一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法，(1)将超级马氏体不锈钢坯料轧制成板材；(2)根据成品板材厚度，对所述板材在940‑990℃进行淬火热处理或淬火热处理，然后在700‑750℃进行回火热处理。本发明还提供了采用该热处理方法得到的超级马氏体不锈钢中厚板。采用本发明的处理方法，得到的板材组织相比例与性能匹配度高，在苛刻环境下能够长期服役稳定。

Description

一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法
技术领域
本发明涉及不锈钢加工技术领域，具体地，本发明涉及一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法。
背景技术
超级马氏体不锈钢具有很高的强度和硬度，良好的韧性和耐腐蚀性等特点，广泛应用于在水力发电、采矿、化工、食品工业、交通运输等行业，是一种可以部分取代双相不锈钢的经济型材料。超级马氏体不锈钢板材生产工艺流程长、质量要求高、工艺控制要求复杂。在超级马氏体不锈钢板材生产过程中，由于其对热处理工艺比较敏感，经常出现组织异常、力学性能不合格等问题。
本发明针对苛刻环境下长期服役、使用量最为广泛的一种超级马氏体不锈钢中厚板开展研究工作，重点解决其综合组织性能差等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法，采用该方法，板材组织相比例与性能匹配度高，在苛刻环境下能够长期服役稳定。
本发明的技术方案具体如下：
一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法，包括：
(1)将超级马氏体不锈钢坯料轧制成板材；
(2)根据成品板材厚度，对所述板材在940-990℃进行淬火热处理，然后在700-750℃进行回火热处理。
可选地，在步骤(2)中，当10mm≤成品板材厚度＜30mm时，在940-960℃对所述板材进行淬火热处理，保温时间是1.2×成品板材厚度；然后在700-720℃进行回火热处理，保温时间12.5×(ln(成品板材厚度×2/轧制比))^0.33×成品板材厚度^0.5；其中，保温时间的单位是分钟。
可选地，在步骤(2)中，当30mm≤成品板材厚度≤60mm时，在970-990℃对所述板材进行淬火热处理，保温时间是1.5×成品板材厚度，其中，保温时间的单位是分钟；然后在730-750℃进行回火热处理，保温时间是120-150分钟。
可选地，在步骤(1)中，超级马氏体不锈钢坯料的加热温度是1170-1190℃，终轧温度≥900℃。
一种超级马氏体不锈钢中厚板，采用上述的超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法得到。
可选地，所述超级马氏体不锈钢中厚板的力学性能是：屈服强度≥435MPa、抗拉强度≥582MPa、HB硬度≤179。
相比于现有技术，本发明的技术方案至少具有如下有益效果：
采用本发明的超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法，能够消除超级马氏体不锈钢板材经常出现的组织异常、力学性能不合等问题，可以根据成品板规格合理的选择调质处理制度，从而实现优异的综合力学性能。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
目前，在超级马氏体不锈钢板材生产过程中，由于其对热处理工艺比较敏感，因此经常出现组织异常、力学性能不合格等问题。针对该问题，本发明的发明人通过研究，考虑尺寸效应的影响，针对不同的成品板规格，研发出不同的调质处理制度，从而创造性地提出了一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法。
本发明的热处理方法针对的超级马氏体不锈钢中厚板的成分控制标准参照GB/T4237。具体地，本发明的热处理方法针对的超级马氏体不锈钢中厚板的成分如表1所示。
表1(单位：重量％)
C Si Mn P S Cr Ni Fe
≤0.080 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.030 11.50-13.50 ≤0.6 余量
作为一种优选的实施方案，本发明的超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法包括以下步骤：
(1)坯料的制备与轧制
采用AOD+LF冶炼工艺制备连铸坯，根据材料特性选择加热温度在1170-1190℃，终轧温度≥900℃，在此温度范围内进行多道次轧制(例如10-30道次)，单道次压下率范围控制在6-30％之间，可以保证热加工性能及板材表面质量。坯料规格(180-200mm)×(1500-2000mm)×L，轧制比3-20。
本发明的处理方法对坯料进行轧制时将坯料加热温度控制在1170-1190℃，主要是基于如下研究发现：如果温度太高，则合金的热塑性显著下降，在粗轧过程中容易开裂，并且初始晶粒尺寸过分长大，后期成品组织性能难以调控；如果温度太低，一方面合金的变形抗力增加，单道次压下量减少，无法轧制薄规格产品，另一方面板材的终轧温度无法保证高于900℃，板型无法控制。本发明的发明人综合各种因素并经过反复研究，最终选择坯料加热温度控制在1170-1190℃。这不仅能够避免粗轧过程出现开裂的问题，还有利于后期调控成品组织性能，并且还有利于版型的控制。
(2)调质处理
对轧后的板材进行调质处理，包括淬火热处理和回火热处理。发明人通过研究发现，板材实际厚度对调质处理制度的选择有明显影响，并且回火热处理制度与轧制比有对应关系。具体地，本发明采用如下调质处理制度：
当10mm≤成品板材厚度＜30mm时，在940-960℃对板材进行淬火热处理，保温时间是1.2×成品板材厚度(即1.2min/mm)；然后在700-720℃进行回火热处理，保温时间12.5×(ln(成品板材厚度×2/轧制比))^0.33×成品板材厚度^0.5。其中，保温时间的单位是分钟，成品板材厚度的单位是毫米。其中，“a^b”表示a的b次方，即ab。其中，轧制比是6-20。
当30mm≤成品板材厚度≤60mm时，在970-990℃对所述板材进行淬火热处理，保温时间是1.5×成品板材厚度(即1.5min/mm)，其中，保温时间的单位是分钟；然后在730-750℃进行回火热处理，保温时间是120-150分钟。
本发明的发明人针对不同范围的成品板材厚度，设置了不同的调质处理制度，主要是基于如下研究发现：
当10mm≤成品板材厚度＜30mm时，轧制压缩比较高，板材的原始轧制晶粒组织发生多次动态再结晶，晶粒细小均匀，同时板材的形变储能较高。在后期的淬火热处理时，形变储能可以提供组织静态再结晶的驱动力，因此淬火温度要适当降低。如果淬火温度较高，晶粒组织很容易发生局部晶粒的异常生长，从而对成品板材组织性能产生不利影响。同理，其回火温度也应适当降低。
当30mm≤成品板材厚度≤60mm时，轧制压缩比较低，组织相对粗大，在后期的淬火及回火热处理时，需提升温度以更好的对组织均匀性进行调整。当板材的厚度较大时，回火时，性能对回火时间的敏感性降低，在此规格范围内，保温时间120-150分钟即可获得理想的组织与性能。
综合上述研究发现，超级马氏体不锈钢热轧板材组织性能对厚度敏感性很大，因此为了保证板材获得满足要求的组织和性能，需根据板材厚度选择不同的调质工艺。
经过调质之后得到的板材的金相组织为马氏体+铁素体。经过本工艺进行调质处理后，可以使得板材中的铁素体和马氏体相处于一个合适的比例和分布，从而得到强度和硬度相匹配的综合性能。
经过调质之后得到的板材具有优异的综合力学性能，屈服强度≥435MPa、抗拉强度≥582MPa、HB硬度≤179。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，屈服强度、抗拉强度、HB硬度的检测方法按照GB/T4237执行。
下述实施例中的超级马氏体不锈钢的元素组成如下：
表2
C Si Mn P S Cr Ni Fe
实施例1 0.075 0.55 0.80 0.005 0.001 12.90 0.43 余量
实施例2 0.053 0.60 0.60 0.003 0.001 13.20 0.56 余量
实施例3 0.062 0.53 0.75 0.004 0.001 12.50 0.50 余量
实施例1
超级马氏体不锈钢铸锭实际成分如表2所示。铸锭坯料加热温度1180℃，终轧温度920℃，成品板尺寸12×2000×5000mm，轧制比16。选择淬火热处理工艺为温度940℃，保温14.4min，回火热处理工艺为温度700℃，保温32min。获得板材力学性能为：屈服强度＝435MPa、抗拉强度＝582MPa、硬度＝179，满足核电行业技术要求(技术要求：屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥550MPa、HB硬度≤200)。板材组织为马氏体+铁素体。
实施例2
超级马氏体不锈钢铸锭实际成分如表2所示。铸锭坯料加热温度1185℃，终轧温度900℃，成品板尺25×2000×6000mm，轧制比8。选择淬火热处理工艺为温度960℃，保温30min，回火热处理工艺为温度720℃，保温76min。获得板材力学性能为：屈服强度＝451MPa、抗拉强度＝590MPa、硬度＝183，满足核电行业技术要求(技术要求：屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥550MPa、HB硬度≤200)。板材组织为马氏体+铁素体。
实施例3
超级马氏体不锈钢铸锭实际成分如表2所示。铸锭坯料加热温度1190℃，终轧温度910℃，成品板尺寸50×1800×4000mm。选择淬火热处理工艺为温度980℃，保温75min，回火热处理工艺为温度735℃，保温130min。获得板材力学性能为：屈服强度＝472MPa、抗拉强度＝604MPa、硬度＝190，满足核电行业技术要求(技术要求：屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥550MPa、HB硬度≤200)。板材组织为马氏体+铁素体。
从实施例1至实施例3的板材力学性能数据可以看出，采用本发明的热处理方法对板材进行处理之后，获得的板材的力学性能不仅能够满足满足核电行业技术标准要求，而且还显著优于标准要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法，其特征在于，包括：
（1）将超级马氏体不锈钢坯料轧制成板材；
（2）根据成品板材厚度，对所述板材在940-990℃进行淬火热处理，然后在700-750℃进行回火热处理；
其中，在步骤（2）中，当10mm≤成品板材厚度＜30mm时，在940-960℃对所述板材进行淬火热处理，保温时间是1.2×成品板材厚度；然后在700-720℃进行回火热处理，保温时间12.5×(ln(成品板材厚度×2/轧制比) ) ^0.33×成品板材厚度^0.5；其中，保温时间的单位是分钟；
其中，在步骤（2）中，当30mm≤成品板材厚度≤60mm时，在970-990℃对所述板材进行淬火热处理，保温时间是1.5×成品板材厚度，其中，保温时间的单位是分钟；然后在730-750℃进行回火热处理，保温时间是120-150分钟；
其中，所述超级马氏体不锈钢的元素组成是：C 0.053~0.075%，Si 0.53~0.60%，Mn0.60~0.80%，P 0.003~0.005%，S 0.001%，Cr 12.50~13.20%，Ni 0.43~0.56%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述不锈钢坯料的厚度是180~200mm。
2.根据权利要求1所述的超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法，其特征在于，在步骤（1）中，超级马氏体不锈钢坯料的加热温度是1170-1190℃，终轧温度≥900℃。
3.一种超级马氏体不锈钢中厚板，其特征在于，采用权利要求1或2所述的超级马氏体不锈钢中厚板热处理方法得到；
其中，所述超级马氏体不锈钢中厚板的力学性能是：屈服强度是435~472MPa、抗拉强度是582~604MPa、HB硬度是179~183。
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