CN112981214B - 一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法，包括以下步骤：A、配料，按照17‑4PH不锈钢组分配置原料；B、熔炼，在AOD炉通过吹氧将C含量降低，保证出钢C含量控制在0.03％以下，利用VD炉抽真空，将N含量控制在0.04％以下；C、固溶，将材料加热至1020～1060℃保温后，先将材料表面温度空冷到900℃，之后采用水冷或油冷工艺，将材料的表面温度冷却至200～300℃，然后空冷至室温。本发明能够改进现有技术的不足，可以控制材料的固溶硬度低于325HB，防止材料固溶炸裂、改善材料时效性能等问题。

Description

一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法
技术领域
本发明涉及合金材料制备技术领域，尤其是一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法。
背景技术
17-4PH作为马氏体沉淀硬化不锈钢，具有多种热处理工艺，如“固溶+时效”、“固溶+中间处理+时效”等，且热处理工艺不同，材料的强度和韧性也有较大的差异，被广泛应用在航空、核电和民用等各个领域。一般来说，17-4PH材料时效态硬度高，最高可达400HB以上，而固溶态的硬度较低，一般在363HB以下。故为了减小机加工的难度，降低制造成本，通常的加工工艺是在固溶态先把零件加工至基本尺寸，时效处理后只进行微量的磨削加工。
一般来说，材料的组织由奥氏体转变为马氏体，体积发生膨胀。17-4PH材料在固溶时，若冷却工艺不当，容易硬度偏高甚至导致材料炸裂。若固溶速率过快，如水冷或油冷至室温，17-4PH材料表面快速降至马氏体转变温度(约150℃)，优先转变为马氏体组织；而此时心部温度较高，只能在随后的冷却中转变为马氏体，发生体积膨胀，形成组织应力，在之后的机加工过程中出现炸裂，导致废品。若固溶速率过慢，如炉冷、堆冷或空冷，Cu在材料中的固溶度会随着温度的降低而明显减小，若材料在700-900℃区间停留时间长，会导致Cu元素的析出。而Cu元素是17-4PH材料在时效时主要的强化元素，Cu元素的析出会导致材料时效后强度不足。另外，若材料在450-600℃停留时间过长，会导致材料析出细小的强化相，导致材料的硬度升高，甚至达到380HB以上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法，能够解决现有技术的不足，可以控制材料的固溶硬度低于325HB，防止材料固溶炸裂、改善材料时效性能等问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法包括以下步骤：
A、配料
按照17-4PH不锈钢组分配置原料；
B、熔炼
在AOD炉通过吹氧将C含量降低，保证出钢C含量控制在0.03％以下，利用VD炉抽真空，将N含量控制在0.04％以下；
C、固溶
将材料加热至1020～1060℃保温后，先将材料表面温度空冷到900℃，之后采用水冷或油冷工艺，将材料的表面温度冷却至200～300℃，然后空冷至室温。
作为优选，步骤C中，使用冷却器对材料进行水冷或油冷；所述冷却器包括腔体，腔体的两侧安装有第一旋转电机，第一旋转电机上固定有卡爪，腔体的底部设置有补液管和喷气管，喷气管上安装有布气盘。
作为优选，所述腔体内安装有金属网板，金属网板位于卡爪的下方。
作为优选，所述金属网板顶面设置有滤网。
作为优选，所述腔体内安装有旋转轴，旋转轴通过第二旋转电机带动旋转，旋转轴上安装有桨叶，第一旋转电机与第二旋转电机的旋转方向相反，旋转轴位于卡爪和金属网板之间。
作为优选，首先使用卡爪3固定待冷却材料，然后通过补液管向腔体注入冷却液，冷却液液面控制在位于待冷却材料的中线处，开启第一旋转电机、第二旋转电机和喷气管，开始冷却操作；当材料温度降至500℃之后，通过补液管向腔体内补液，使液面位于待冷却材料上方，直至冷却过程结束。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明采用先空冷、中间水冷、后空冷的固溶工艺，中间水冷可以保证材料在400-900℃区间范围内快速冷却，减少晶界强化相和Cu元素的析出，可以保证材料低固溶硬度和后期时效的强度。后期采用空冷，可以保证材料的表面和心部温度基本一致，一起进行马氏体相变，减小组织应力，防止材料出现炸裂。
在进行水冷/油冷操作时，采用专门设计的冷却器进行操作，利用喷气管向冷却液内注入大量氩气，使材料表面形成与冷却液间歇接触的冷却过程，避免快速冷却导致的材料内部应力变化过大。旋转轴带动桨叶反向转动，可以提高气泡在材料附近的分布均匀度和细密度。带有滤网的金属网板不仅可以隔离杂质，而且还能对冷却液进行导流，提高冷却液在腔体内流动的一致性。
附图说明
图1是本发明中冷却器的结构图。
图中：1、腔体；2、第一旋转电机；3、卡爪；4、补液管；5、喷气管；6、布气盘；7、金属网板；8、滤网；9、旋转轴；10、第二旋转电机；11、桨叶。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法，包括以下步骤：
A、配料
按照17-4PH不锈钢组分配置原料；
B、熔炼
在AOD炉通过吹氧将C含量降低，保证出钢C含量控制在0.03％以下，利用VD炉抽真空，将N含量控制在0.04％以下；
C、固溶
将材料加热至1020～1060℃保温后，先将材料表面温度空冷到900℃，之后采用水冷或油冷工艺，将材料的表面温度冷却至200～300℃，然后空冷至室温。
参照图1，步骤C中，使用冷却器对材料进行水冷或油冷；所述冷却器包括腔体1，腔体1的两侧安装有第一旋转电机2，第一旋转电机2上固定有卡爪3，腔体1的底部设置有补液管4和喷气管5，喷气管5上安装有布气盘6。所述腔体1内安装有金属网板7，金属网板7位于卡爪3的下方。所述金属网板7顶面设置有滤网8。所述腔体1内安装有旋转轴9，旋转轴9通过第二旋转电机10带动旋转，旋转轴9上安装有桨叶11，第一旋转电机2与第二旋转电机10的旋转方向相反，旋转轴9位于卡爪3和金属网板7之间。首先使用卡爪3固定待冷却材料，然后通过补液管4向腔体1注入冷却液，冷却液液面控制在位于待冷却材料的中线处，开启第一旋转电机2、第二旋转电机10和喷气管5，开始冷却操作；当材料温度降至500℃之后，通过补液管4向腔体1内补液，使液面位于待冷却材料上方，直至冷却过程结束。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
A、配料
按照17-4PH不锈钢组分配置原料；
B、熔炼
在AOD炉通过吹氧将C含量降低，保证出钢C含量控制在0.03%以下，利用VD炉抽真空，将N含量控制在0.04%以下；
C、固溶
将材料加热至1020～1060℃保温后，先将材料表面温度空冷到900℃，之后采用水冷或油冷工艺，将材料的表面温度冷却至200～300℃，然后空冷至室温；
使用冷却器对材料进行水冷或油冷；所述冷却器包括腔体（1），腔体（1）的两侧安装有第一旋转电机（2），第一旋转电机（2）上固定有卡爪（3），腔体（1）的底部设置有补液管（4）和喷气管（5），喷气管（5）上安装有布气盘（6）；腔体（1）内安装有金属网板（7），金属网板（7）位于卡爪（3）的下方；金属网板（7）顶面设置有滤网（8）；腔体（1）内安装有旋转轴（9），旋转轴（9）通过第二旋转电机（10）带动旋转，旋转轴（9）上安装有桨叶（11），第一旋转电机（2）与第二旋转电机（10）的旋转方向相反，旋转轴（9）位于卡爪（3）和金属网板（7）之间；首先使用卡爪（3）固定待冷却材料，然后通过补液管（4）向腔体（1）注入冷却液，冷却液液面控制在位于待冷却材料的中线处，开启第一旋转电机（2）、第二旋转电机（10）和喷气管（5），开始冷却操作；当材料温度降至500℃之后，通过补液管（4）向腔体（1）内补液，使液面位于待冷却材料上方，直至冷却过程结束。
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