CN114317917A - 一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法。该方法包括：步骤一：将成型的1Cr18Ni9Ti钢锻件进行固溶：将1Cr18Ni9Ti钢锻件加热至1080℃，保温一段时长后，出炉空冷或水冷；步骤二：对固溶后的锻件冷变形，冷变形量范围为5～10％。步骤三：对冷变形后的锻件进行低温时效：将冷变形后的锻件加热至470～475℃，出炉空冷。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法。
背景技术
1Cr18Ni9Ti镍铬奥氏体型不锈钢是国内应用最广泛的钢种，其优点是具有较高的耐酸、耐磨和精美外观等优良特性，缺点是硬度低，强度低，尤其是屈服强度，经常出现强度不够的情况，1Cr18Ni9Ti属于不可热处理强度的钢，一般通过固溶处理、除应力处理和稳定化处理后使用，提高其强度的方法通常只能用冷加工硬化。本发明通过提供一种冷变形+热处理方法，对变形量和低温时效温度进行明确的规定，综合提高1Cr18Ni9Ti钢件力学性能。
目前现有规范确定的1Cr18Ni9Ti锻件固溶温度为1050～1150℃，水冷或空冷；无明确的变形量规定；无明确的时效温度和时效时间规定。规范确定的技术指标为：抗拉强度≥510MPa,屈服强度≥195MPa，延伸率≥30％，断面收缩率≥45％。
通过试验和试制发现，1Cr18Ni9Ti锻件在冷变形量＜5％时提高强度作用不明显；低温时效温度低于450℃时或者低温时效时保温时间不够然也容易出现抗拉强度和屈服强度不合格的情况。
发明内容
本发明的目的是:提供一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法，通过本发明处理的1Cr18Ni9Ti锻件，不仅具有符合要求的显微组织，而且获得满足要求的强度指标和塑性指标，解决现有性能不能满足规范要求的问题。
本发明涉及一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法，包括以下步骤：
一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将成型的1Cr18Ni9Ti钢锻件进行固溶：
将1Cr18Ni9Ti钢锻件加热至1080℃，保温一段时长后，出炉空冷或水冷；
步骤二：对固溶后的锻件冷变形，冷变形量范围为5～10％。
步骤三：对冷变形后的锻件进行低温时效：
将冷变形后的锻件加热至470～475℃，出炉空冷。
1Cr18Ni9Ti钢件的有效厚度厚度越大，固溶保温时长越长。
将1Cr18Ni9Ti钢锻件固溶后进行空冷或者水冷，包括：
在所述1Cr18Ni9Ti钢锻件的有效厚度≤30mm时，采取空冷；
在所述1Cr18Ni9Ti钢锻件的有效厚度>30mm时，采取水冷。
冷变形温度为室温。
低温时效过程中的保温时间需大于或等于8h。
步骤一的空冷或者水冷必须进行至室温。
室温小于或等于40℃。
本发明的有益效果：通过本发明处理的1Cr18Ni9Ti锻件，不仅具有符合要求的显微组织，而且获得满足要求的强度指标和塑性指标。采用本发明方法可得到小幅度提升1Cr18Ni9Ti钢锻件的抗拉强度、塑性，最重要的是可以大幅度提升1Cr18Ni9Ti钢锻件的屈服强度，工艺简单稳定，操作方便，适用于工业化生产。
具体实施方式
本发明提供的1Cr18Ni9Ti钢锻件固溶+冷变形+低温时效热处理方法，具有以下优点：
第一步，将成型的1Cr18Ni9Ti钢锻件进行固溶,保温时长＝30min+1.5min/mm×有效厚度+Τ(其中T依据装炉层数确定，装炉量≤2层时取0；2层以上每超一层，保温时间增加30min)。
在1080℃进行固溶，保温后针对不同厚度的锻件进行不同方式的冷却，保证锻件整体冷速满足性能要求，在快速冷却过程中，显微组织保持稳定的奥氏体，有时含有少量的(＜5％)的δ-铁素体。在固溶处理过程中，TiC、TiN随着加热温度的升高，部分溶于奥氏体晶粒中去，奥氏体晶粒为面心立方结构，在应力作用下能开动的滑移系统多，滑移易于进行，TiC、TiN或其他的碳化物(如Cr23C6)对位错的钉扎作用减弱，表现在宏观上就是σb降低，HV降低，δ增大，即固溶处理是最大的软化处理，所以容易出现抗拉强度或者屈服强度不合格的情况。
第二步对固溶后的锻件冷变形，冷变形量范围为5～10％。
奥氏体钢的奥氏体晶格变形后不稳定，在变形力的作用下，部分奥氏体转变为马氏体，结果就是增加了强度，降低了延伸率。有资料表明，进行5％以下的变形时，硬度、强度变化不大，而进行8～9％的变形可以将1Cr18Ni9Ti钢锻件硬度值由180HB提高到340HB左右，而重新加热到550℃时硬度值陡降。所以需要进行5～10％的冷变形可以提高抗拉强度和屈服强度。
第三步：对冷变形后的锻件进行低温时效。
低温时效时，组织转变为奥氏体+形变马氏体+沉淀相，可以小幅度提升1Cr18Ni9Ti钢锻件的抗拉性能，大约10～20MPa，但可以大幅度提升1Cr18Ni9Ti钢锻件的屈服强度，约30～50MPa，同时，延伸率、断面收缩率和冲击变化不大。冷变形会引起晶格变形，产生内应力，使得1Cr18Ni9Ti钢易于发生晶间腐蚀，1Cr18Ni9Ti钢发生晶间腐蚀的机理是在450～825℃受热过程中，Cr26C6的析出造成晶界贫铬，晶界作为阳极优先被腐蚀，造成材料破坏，且随着时效温度的提高，此种趋势越明显。而在480～870℃温度长期保温，组织中可能形成脆性的σ-相，这种相将先沿晶界析出使晶界弱化，使钢的冲击韧性显著降低。时效温度低于450℃时受原子扩散影响，强化作用并不明显，所以本发明选择了较低的时效温度470～475℃，避免锻件发生晶间腐蚀和冲击韧性降低的现象，而碳化物的析出又起到了沉淀强化的作用，提高了1Cr18Ni9Ti钢锻件的抗拉强度和屈服强度。
综上所述，本发明通过综合考虑热处理加热温度、保温时间、冷却方式等参数对锻件组织和性能的影响，规定了1Cr18Ni9Ti钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理工艺参数，能够通过参数控制使1Cr18Ni9Ti钢锻件获得合格的显微组织，同时提高锻件的抗拉强度和屈服强度以满足规范要求，工艺简单稳定，操作方便，适用于工业化生产。
实施例一
本实施例中，采用外形尺寸为Φ1345×Φ1249×114的1Cr18Ni9Ti环形件，其有效厚度为：48mm。固溶热处理制度为：1080℃×150min，水冷，固溶后理化性能数据见表1，屈服强度不合格。
表1
对本实施例锻件固溶后进行7.8％的变形量，然后在475℃保温8h，处理后的1Cr18Ni9Ti锻件性能数据见表2。
表2
由表2数据看出，固溶+冷变形+低温时效后锻件的抗拉强度提高了15～20MPa，屈服强度提高了50～60MPa，延伸率、断面收缩率和冲击无明显降低，此发明效果明显。
实施例二
本实施例中，采用外形尺寸为Φ1350×Φ1262×114的1Cr18Ni9Ti环形件，其有效厚度为：44mm，固溶热处理制度为：1080℃×120min，水冷，固溶后理化性能数据见表3，屈服强度不合格。
表3
对本实施例锻件固溶后进行8.2％的变形量，然后在475℃保温12h，处理后的1Cr18Ni9Ti锻件性能数据见表4。
表4
由表2数据看出，固溶+冷变形+低温时效后锻件的抗拉强度提高了10～20MPa，屈服强度提高了40～50MPa，延伸率、断面收缩率和冲击无明显降低，此发明效果明显。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钢锻件固溶+冷变形+低温时效的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将成型的1Cr18Ni9Ti钢锻件进行固溶：
将1Cr18Ni9Ti钢锻件加热至1080℃，保温一段时长后，出炉空冷或水冷；
步骤二：对固溶后的锻件冷变形，冷变形量范围为5～10％；
步骤三：对冷变形后的锻件进行低温时效：
将冷变形后的锻件加热至470～475℃，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，1Cr18Ni9Ti钢件的有效厚度厚度越大，固溶保温时长越长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将1Cr18Ni9Ti钢锻件固溶后进行空冷或者水冷，包括：
在所述1Cr18Ni9Ti钢锻件的有效厚度≤30mm时，采取空冷。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将1Cr18Ni9Ti钢锻件固溶后进行空冷或者水冷，包括：
在所述1Cr18Ni9Ti钢锻件的有效厚度>30mm时，采取水冷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷变形温度为室温。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，低温时效过程中的保温时间需大于或等于8h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一的空冷或者水冷必须进行至室温。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，室温小于或等于40℃。
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