CN115029524B - 一种s51740材料的深冷处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种S51740材料的深冷处理工艺，用于对在低温工况使用的S51740材料的工件的深冷处理，先对S51740材料依次进行固溶处理、调整处理和时效处理，然后再对S51740材料进行深冷处理；所述固溶处理、调整处理和时效处理通过逐级升温方式使S51740材料分别达到保温温度；所述深冷处理温度为‑130℃‑‑196℃，冷却速度为50‑70℃/h，保温时间为有效厚度/20mm小时，出炉空冷。本发明提供的一种S51740材料的深冷处理工艺，处理后的S51740材料在低温工况下不会降低强度和韧性，能达到使S51740材料改性的效果。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域，特别涉及一种S51740材料的深冷处理工艺。
背景技术
深冷处理又称超低温处理，是指以液氮为制冷剂、对材料进行冷处理的方法。深冷处理能在不降低工件强度，不改变零件尺寸的前提下，显著提高工件的韧性指标达的效果，深冷处理是最新的材料强韧化处理工艺之一。S51740材料是一种高强度沉淀硬化不锈钢，具有高强度、高韧性的特点，目前广泛应用于压缩机活塞杆部件以及其他高强度使用场合。但这些S51740材料的压缩机活塞杆等部件仅能在常温工况下使用，若在低温工况下使用时，由于S51740材料的性能会受低温环境的影响而降低，从而会造成S51740材料的工件在低温工况运行而大受影响，给安全生产带来隐患。这样只能选择其他价格相对昂贵能够耐受低温工况的材料代替S51740材料，以保证压缩机活塞杆部件的使用安全，从而造成了压缩机生产成本的提高，降低了经济效益。
因此，当前亟需一种能在低温工况使用且不降低工件强度和韧性指标的S51740材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在低温工况下不降低工件强度和韧性的S51740材料的深冷处理工艺，以达到使S51740材料改性的效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种S51740材料深冷处理工艺，用于对在低温工况使用的S51740材料的工件的深冷处理，
先对S51740材料依次进行固溶处理、调整处理和时效处理，然后再对S51740材料进行深冷处理；
所述固溶处理、调整处理和时效处理通过逐级升温方式使S51740材料分别达到保温温度；
所述深冷处理温度为-130℃至-196℃，冷却速度为50-70℃/h，保温时间为有效厚度/20mm小时，出炉空冷。
进一步地，还包括在所述深冷处理后的消应力处理，所述消应力处理的消应力温度为100-130℃，保温时间为有效厚度/40mm小时，出炉空冷。
进一步地，所述固溶处理是以70-100℃/h的加热速度逐级升温至1030-1060℃，保温时间为有效厚度/40mm小时，然后油冷。
进一步地，所述调整处理是以70-100℃/h的加热速度逐级升温至830-870℃，保温时间为有效厚度/40mm小时，然后油冷。
进一步地，所述时效处理是以50-70℃/h的加热速度逐级升温至590-630℃，保温时间为有效厚度/20mm小时，然后空冷。
进一步地，所述固溶处理、调整处理和时效处理均在电炉中加热，所述深冷处理采用的深冷设备为箱式深冷炉。
进一步地，所述S51740材料以重量百分比计，化学成分包括C:0.04-0.07％；Si：0.7-1.0％；Mn：0.70-1.0％；Cr：15.0-17.5％；Ni：3.0-5.0％；Cu：3.0-5.0％；Nb:0.15-0.45％；P≤0.03％，S≤0.03％；Fe:余量。
本发明提供的一种S51740材料深冷处理工艺，通过对S51740材料先进行固溶、调整及时效处理，然后再进行深冷处理，使处理后的S51740材料的工件能够应用于-20℃至-130℃的低温环境中，并且在不降低工件强度的前提下，还能显著提高工件在该低温环境条件下的冲击韧性指标，从而达到了使材料改性的效果。并且本发明提供的一种S51740材料的深冷处理工艺，不但可以用在所有高强度、高韧性S51740材料压缩机旋转部件的深冷处理工艺，也适用于其它选用S51740材料的工件深冷处理工艺。
附图说明
图1为本发明实施例提供的S51740材料的深冷处理工艺流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种S51740材料的深冷处理工艺，所述S51740材料的化学成分以重量百分比计，包括C:0.04-0.07％；Si：0.7-1.0％；Mn：0.70-1.0％；Cr：15.0-17.5％；Ni：3.0-5.0％；Cu：3.0-5.0％；Nb:0.15-0.45％；P≤0.03％，S≤0.03％；Fe:余量。该处理工艺具体包括如下步骤：
步骤1)固溶处理：固溶温度1030-1060℃，加热速度为70-100℃/h，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后油冷。通过固溶处理能使S51740材料得到高强度、高硬度的马氏体组织。
步骤2)调整处理：调整温度830-870℃，加热速度为70-100℃/h，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后油冷。通过调整处理可使固溶处理得到的马氏体组织得到细化弥散分布，同时还可以升高S51740材料的MS点从而降低S51740材料的残余奥氏体量。
步骤3)时效处理：时效温度590-630℃，加热速度为50-70℃/h，保温时间(有效厚度/20mm)小时，然后空冷。通过时效处理可以从S51740材料的马氏体组织中析出金属间化合物，使其弥散分布，起到沉淀硬化的作用。
步骤4)深冷处理：深冷温度-130℃至-196℃，冷却速度为为50-70℃/h，保温时间(有效厚度/20mm)小时，然后出炉空冷。通过深冷处理可以使材料的残留奥氏体减少进而提高工件的尺寸稳定性。同时还能使材料的马氏体增加，提高材料的强度和硬度，而且由于材料中马氏体增加及细小碳化物的析出还可提高材料的耐磨性。
步骤5)消应力处理：消应力温度100-130℃，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后出炉空冷。
其中，固溶处理、调整处理和时效处理均在电炉中加热，但不仅限于电炉。深冷处理采用的深冷设备为箱式深冷炉。
本发明提供的一种S51740材料的深冷处理工艺，在固溶处理、调整处理和时效处理过程中，均按照一定的升温速度逐级升温使S51740材料分别达到对应的保温温度，可使S51740材料在加热过程中内外表面加热均匀，减少热应力分布，从而可提高S51740材料的热处理质量。
下面通过对比例与实施例对本发明提供的S51740材料的深冷处理工艺做具体说明。
对比例1
本对比例所用S51740材料化学成分：C:0.045％；Si：0.72％；Mn：0.74％；Cr：16.0％；Ni：4.5％；Cu：4.0％；Nb：0.30％；S：0.005％；P：0.021％；Fe:余量。其处理工艺具体包括如下步骤：
(1)固溶处理：固溶温度1040℃，加热速度为70-100℃/h，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；
(2)调整处理：调整温度860℃，加热速度为70-100℃/h，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；
(3)时效处理：时效温度590℃，加热速度为50-70℃/h，保温时间(有效厚度/20mm)小时，然后空冷。
实施例1
与对比例1不同之处在于：步骤(3)之后还有深冷处理，在-130℃下保温8小时，然后空冷；消应力处理，温度130℃，保温10小时，然后空冷。
经测试对比例1中S51740材料未经深冷处理后的力学性能见表1所示，实施例1中S51740材料经深冷处理后的力学性能见表2。
表1
表2
由上述表1、表2数值对比可知，S51740材料经过深冷处理后强度指标与未经深冷处理基本相同，冲击功指标经过深冷处理后在-130℃冲击功平均值可达49J，其低温冲击值得到大幅提高，满足了低温冲击功大于27J的要求，证明S51740材料经过深冷处理以后可以在低温工况下使用。
对比例2
本对比例所用S51740材料化学成分：C:0.045％；Si：0.72％；Mn：0.74％；Cr：16.0％；Ni：4.5％；Cu：4.0％；Nb：0.30％；S：0.005％；P：0.021％；Fe:余量。其处理工艺具体包括如下步骤：
(1)固溶处理：固溶温度1050℃，加热速度为70-100℃/h，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；
(2)调整处理：调整温度850℃，加热速度为70-100℃/h，保温时间(有效厚度/40mm)小时，然后油冷；
(3)时效处理：时效温度610℃，加热速度为50-70℃/h，保温时间(有效厚度/20mm)小时，然后空冷。
实施例2
与对比例2不同之处在于：步骤(3)之后还有深冷处理，在-130℃下保温10小时，然后空冷；消应力处理，温度130℃，保温12小时，然后空冷。
经测试对比例2中S51740材料未经深冷处理后的力学性能见表3所示，实施例2中S51740材料经深冷处理后的力学性能见表4。
表3
表4
由上述表3、表4数值对比可知，S51740材料经过深冷处理后强度指标与未经深冷处理基本相同，冲击功指标经过深冷处理后在-130℃冲击功平均值为50J，低温冲击值大幅提高满足低温冲击功大于27J，证明S51740材料经过深冷处理以后可以在低温工况下使用。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种S51740材料的深冷处理工艺，用于对在低温工况使用的S51740材料的工件的深冷处理，其特征在于：
先对S51740材料依次进行固溶处理、调整处理和时效处理，然后再对S51740材料进行深冷处理；
所述固溶处理、调整处理和时效处理通过逐级升温方式使S51740材料分别达到保温温度；
所述深冷处理温度为-130℃至-196℃，冷却速度为50-70℃/h，保温时间为有效厚度/20mm小时，出炉空冷；
所述深冷处理后进行消应力处理，所述消应力处理的消应力温度为100-130℃，保温时间为有效厚度/40mm小时，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的S51740材料的深冷处理工艺，其特征在于：所述固溶处理是以70-100℃/h的加热速度逐级升温至1030-1060℃，保温时间为有效厚度/40mm小时，然后油冷。
3.根据权利要求1所述的S51740材料的深冷处理工艺，其特征在于：所述调整处理是以70-100℃/h的加热速度逐级升温至830-870℃，保温时间为有效厚度/40mm小时，然后油冷。
4.根据权利要求1所述的S51740材料的深冷处理工艺，其特征在于：所述时效处理是以50-70℃/h的加热速度逐级升温至590-630℃，保温时间为有效厚度/20mm小时，然后空冷。
5.根据权利要求1所述的S51740材料的深冷处理工艺，其特征在于：所述固溶处理、调整处理和时效处理均在电炉中加热，所述深冷处理采用的深冷设备为箱式深冷炉。
6.根据权利要求1-5任一项所述的S51740材料的深冷处理工艺，其特征在于：所述S51740材料以重量百分比计，化学成分包括C:0.04-0.07％；Si：0.7-1.0％；Mn：0.70-1.0％；Cr：15.0-17.5％；Ni：3.0-5.0％；Cu：3.0-5.0％；
Nb:0.15-0.45％；P≤0.03％，S≤0.03％；Fe:余量。
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| 深冷处理技术在金属材料中的应用;邱庆忠;;材料研究与应用(02);第74-77页 * |
| 邱庆忠 ; .深冷处理技术在金属材料中的应用.材料研究与应用.2007,(02),第74-77页. * |
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