CN116516117B - 超级双相不锈钢铸件的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及铸件加工处理的技术领域，公开了一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，此热处理工艺包括如下步骤：加热、保温和淬火；在加热之前，在超级双相不锈钢铸件外层设置防氧化保温套。本申请中在铸件进行热处理之前表面套设防氧化保温套，防氧化保温套隔绝铸件与空气的接触，防止铸件表面氧化。同时，防氧化保温套能够承受1120℃以上的热处理高温，并且显著降低铸件降温速率，有利于控制铸件淬火前温度维持在1020℃以上，确保铸件金相组织的奥氏体和铁素体含量，不出现α相，避免铸件出现脆性开裂；同时还可以保证铸件在加热过程中不容易氧化，从而使得铸件具备优异的硬度、耐腐蚀性能等综合使用性能以及优异的机械加工切削性能。

Description

超级双相不锈钢铸件的热处理工艺

技术领域

本申请涉及铸件加工处理的技术领域，更具体地说，它涉及一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺。

背景技术

超级双相不锈钢是指同时具有铁素体相和奥氏体相的钢材，其中铁素体相或奥氏体相在超级双相不锈钢固淬组织中的占比不低于30％。该类钢材由于兼具铁素体和奥氏体的特点，具备较好的耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀能力，目前被广泛应用在海港大桥、码头等耐腐蚀需求较高的领域，具有较高的开发潜力。

超级双相不锈钢铸件通常采用如下加工工艺制成：按照超级双相不锈钢的配方称取相应金属原料，熔融、浇铸成超级双相不锈钢铸件。铸件加热至1100～1120℃后，开始保温2～3h。保温结束后，可以取出，进行淬火处理。

而在实际加工过程中，铸件的导热系数高，传热快，从而使得其降温速度快。因此，铸件取出后温度骤降，难以保证铸件在淬火前的温度高于1020℃。一旦铸件在淬火前的温度降低至1020℃及以下时，晶界与晶界之间析出α相，使铸件硬度提升，铸件产生脆性开裂。因此，如何能够控制超级双相不锈钢铸件在淬火前温度高于1020℃是本领域亟需解决的关键问题。

发明内容

为了能够控制超级双相不锈钢铸件在淬火前温度高于1020℃，本申请提供一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，使超级双相不锈钢铸件在淬火前的温度保持在1020℃以上，有助于保证超级双相不锈钢铸件中奥氏体和铁素体双相含量，确保超级双相不锈钢铸件耐腐蚀性能以及机械性能，从而提升超级双相不锈钢铸件的品质。

本申请提供的一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，采用如下的技术方案：

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，包括如下步骤：预备热处理、保温和淬火；

在预备热处理之前，在超级双相不锈钢铸件外层设置防氧化保温套；所述防氧化保温套由包括如下重量份的原料制成：莫来石20～25份、电熔刚玉20～25份、矽线石20～25份、硅酸铝耐火纤维6～18份、硅微粉7～34份；硅溶胶作为防氧化保温套原料的粘接剂，硅溶胶的重量为防氧化保温套原料重量的20～35wt％。

通过采用上述技术方案，防氧化保温套以硅溶胶作为粘合剂，采用无水结合技术，使得莫来石、电熔刚玉、矽线石、硅酸铝耐火纤维以及硅微粉之间粘合形成整体。防氧化保温套的固化温度低，在100～300℃的低温内可成型，可依靠超级双相不锈钢铸件自身残留的温度直接固化，无需额外进行烧结处理。防氧化保温套还同时具备较好的耐火性能，使得其可以在加热阶段的1100～1120℃高温下不开裂，且保温效果优异。防氧化保温套的导热系数极低，可以减少超级双相不锈钢铸件取出后的热量散失，从而实现确保超级双相不锈钢铸件在淬火前温度高于1020℃；

同时，超级双相不锈钢铸件在加热过程中由于被防氧化保温套包覆，隔绝了其与空气的接触，防止铸件表面氧化，使铸件表面性能进一步提升。

优选的，所述莫来石的粒径为1～3mm、电熔刚玉的粒径为0.5～1mm、矽线石的粒径为0.1～0.5mm。

通过采用上述技术方案，优化莫来石、电熔刚玉、矽线石的粒径级配，从而有利于减少防氧化保温套表面的孔隙，使得其保温性能进一步提升。

优选的，所述硅酸铝耐火纤维的直径为2～3μm。

通过采用上述技术方案，硅酸铝耐火纤维在此直径范围内，能够使得防氧化保温套兼具优异的保温性能和韧性。硅酸铝耐火纤维的直径越小，其导热系数越小，从而有利于防氧化保温套的保温性能提升。但硅酸铝耐火纤维的直径过细时，会导致防氧化保温套的韧性降低，容易开裂。

优选的，所述莫来石22份、电熔刚玉25份、矽线石20份、硅酸铝耐火纤维10～15份、硅微粉18～23份。

优选的，所述硅溶胶的固含量为25～30wt％。

优选的，所述硅溶胶的重量为防氧化保温套原料重量的25～30wt％。

通过采用上述技术方案，调整硅溶胶的固含量和使用量，从而调整其固化时间，使得防氧化保温套的成型厚度均匀，超级双相不锈钢铸件降温速率均匀，有助于超级双相不锈钢铸件品质进一步提升。

优选的，所述防氧化保温套为双层结构，所述防氧化保温套由内向外依次为导热层和绝热层。

优选的，所述导热层由包括如下重量份的原料制成：莫来石30～40份、电熔刚玉20～25份、碳化硅10～15份、碳纤维6～18份、氮化硼2～34份；硅溶胶作为防氧化保温套原料的粘接剂，硅溶胶的重量为防氧化保温套原料重量的20～35wt％。

通过采用上述技术方案，防氧化保温套可以制成双层结构，内部为导热层、外部为绝热层。内部导热层与超级双相不锈钢铸件直接接触，使得超级双相不锈钢铸件在加热过程中均匀传热，从而有助于超级双相不锈钢铸件品质的提升。除此之外，导热层可以使得超级双相不锈钢铸件在后续淬火阶段传热均匀，降低铸件发生组织不均匀、内应力增加的可能性，有助于超级双相不锈钢铸件良品率的提升。

外部的绝热层的组成包括如下重量份的原料：莫来石20～25份、电熔刚玉20～25份、矽线石20～25份、硅酸铝耐火纤维6～18份、硅微粉7～34份；硅溶胶作为绝热层的粘接剂，硅溶胶的重量为绝热层重量的20～35wt％。因此，绝热层仍然可以发挥隔热保温作用，保证超级双相不锈钢铸件在淬火前温度高于1020℃。

绝热层与导热层之间的粘接剂均为硅溶胶，双层结构相容性好，具有较好的稳定性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用防氧化保温套包覆超级双相不锈钢铸件进行后续热处理过程，防氧化保温套能够承受1100～1120℃以上的加热高温，并且显著降低铸件降温速率，从而有助于精准控制铸件在进行淬火前的温度，使其淬火前温度不低于1020℃，减少金相中α相的析出，降低铸件脆性开裂的可能性，从而有效提升铸件的良品率。

2、本申请中在铸件表面包覆防氧化保温套，在加热处理过程中，铸件升温至1100～1120℃时，空气中的氧气被防氧化保温套隔绝，铸件表面不易发生氧化，铸件品质进一步提升。

3、本申请中将防氧化保温套制成双层结构，外部为绝热层，发挥隔热保温作用，延长超级双相不锈钢铸件取出后的冷却速率；而内部为导热层，导热层与超级双相不锈钢铸件直接接触，使得超级双相不锈钢铸件在加热过程以及淬火过程中均匀传热，从而有助于超级双相不锈钢铸件品质的提升。

具体实施方式

目前，超级双相不锈钢铸件的生产工艺中一般按照如下步骤进行：称料、熔融、浇铸、冷却保温得到超级双相不锈钢铸件；超级双相不锈钢铸件还需要经过热处理、保温以及淬火等处理步骤，进一步改善其性能。而超级双相不锈钢铸件在淬火前的温度需要保持在1020℃以上，有利于其后续进行淬火处理。淬火前的温度一旦低于1020℃，超级双相不锈钢铸件晶界与晶界之间析出α相，使铸件硬度提升，铸件产生脆性开裂，铸件的品质下降。

而在实际生产过程中，由于超级双相不锈钢铸件的导热系数高，其传热效果好，因此表面温度骤降，难以将其淬火前的温度控制在1020℃以上。

针对上述问题，本申请人对保温后的铸件进行了大量研究，意外发现：以莫来石、电熔刚玉、矽线石等导热系数极低的绝热材料作为主体材料，以硅溶胶作为粘接剂，采用无水粘接技术，使得上述主体材料在超级双相不锈钢铸件浇铸冷却至300℃之后，包覆在超级双相不锈钢铸件表面，形成防氧化保温套。此防氧化保温套的设置可以有效隔绝超级双相不锈钢铸件与外界空气的接触，起到较好的防氧化功能；同时，防氧化保温套还可以降低超级双相不锈钢铸件的冷却速率，使超级双相不锈钢铸件在淬火前的温度保持在1020℃以上，有助于保证超级双相不锈钢铸件中奥氏体和铁素体双相含量，确保超级双相不锈钢铸件耐腐蚀性能以及机械性能，从而提升超级双相不锈钢铸件的品质。

防氧化保温套具备优异的低温固化性能，可通过超级双相不锈钢铸件本身残留的余温实现固化，无需额外的升温烧结步骤，避免固化过程中产生的温度变化对超级双相不锈钢产生不良影响。防氧化保温套还同时具备较低的导热系数和较好的耐火性能，使得其可以在加热过程的1100～1120℃高温下不开裂，且保温效果优异。因此，本申请人成功地解决了技术问题。

进一步的，本申请人对防氧化保温套的结构进行了研究，发现：防氧化保温套可以制成双层结构，内部为导热层、外部为绝热层。内部导热层与超级双相不锈钢铸件直接接触，使得超级双相不锈钢铸件在加热过程中均匀传热，从而有助于超级双相不锈钢铸件品质的提升。而外部的绝热层仍然可以发挥隔热保温作用，降低超级双相不锈钢铸件取出后的冷却速率。同时，导热层可以使得超级双相不锈钢铸件在后续淬火阶段传热均匀，降低铸件发生组织不均匀、内应力增加的可能性，有助于超级双相不锈钢铸件良品率的提升。

实施例

实施例1

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，按照如下步骤进行：

S1、防氧化保温套的制备

按照重量份称取莫来石20份、电熔刚玉20份、矽线石20份、硅酸铝耐火纤维6份、硅微粉34份和硅溶胶20份；

其中，莫来石、电熔刚玉、矽线石的粒径均为1～3mm，硅酸铝耐火纤维的直径为3～5μm；硅微粉的粒径为50～500μm；硅溶胶的固含量为20wt％；

将莫来石、电熔刚玉、矽线石、硅酸铝耐火纤维和硅微粉搅拌共混，备用；

S2、超级双相不锈钢铸件的制备

按照以下重量份称取22重量份Cr、6.2重量份Ni、3.6重量份Mo、0.64重量份Si、0.5重量份Mn、0.14重量份N、0.11重量份Nb、0.028重量份C、0.027重量份S、0.026重量份P、38重量份Fe；(本实施例中超级双相不锈钢的重量份与本实施例中防氧化保温套的重量份含义不同)；

将上述元素含量的超级超级双相不锈钢投入冶炼炉内冶炼成金属液，在1500℃的温度下浇铸成超级双相不锈钢铸件，超级双相不锈钢铸件自然冷却至1050℃，继而对超级双相不锈钢铸件进行强制风冷；当超级双相不锈钢铸件强制风冷至300℃时，保温2h；

S3、防氧化保温套的包覆

将莫来石、电熔刚玉、矽线石、硅酸铝耐火纤维和硅微粉与硅溶胶搅拌共混，得到防氧化保温套浆液，防氧化保温套浆液即配即用；

将保温结束后的超级双相不锈钢取出，防氧化保温套浆液涂覆在超级双相不锈钢铸件表面，控制防氧化保温套的涂覆厚度为5cm，待防氧化保温套硬化固化后，将包覆有超级双相不锈钢铸件进行后处理；

S4、超级双相不锈钢铸件的后处理

将包覆有防氧化保温套的超级双相不锈钢铸件以200℃/h的升温速率升温至1100℃，保温2h；保温结束后，取出超级双相不锈钢铸件，超级双相不锈钢铸件冷却速率降低至0.81℃/min，在超级双相不锈钢铸件的温度不低于1020℃之前，超级双相不锈钢铸件进行淬火处理。

实施例2-4

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，与实施例1的区别点在于：步骤S1中防氧化保温套的组成不同，具体组成如下表1所示。

表1.防氧化保温套的组成

实施例5

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，与实施例3的区别点在于：硅溶胶的掺加量和固含量不同，具体如下：

实施例5使用的硅溶胶的固含量为25wt％，硅溶胶的掺加量为30重量份；

实施例6使用的硅溶胶的固含量为30wt％，硅溶胶的掺加量为25重量份；

实施例7使用的硅溶胶的固含量为25wt％，硅溶胶的掺加量为35重量份。

实施例8

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，与实施例5的区别点在于：莫来石、电熔刚玉以及矽线石的粒径级配不同，具体如下：

莫来石的粒径为1～3mm、电熔刚玉的粒径为0.5～1mm、矽线石的粒径为0.1～0.5mm。

实施例9

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，与实施例8的区别点在于：硅酸铝耐火纤维的直径不同，硅酸铝耐火纤维的直径为2～3μm。

实施例10-12

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，与实施例9的区别点在于：防氧化保温套为双层结构，由内向外依次为导热层和绝热层，导热层直接与超级双相不锈钢铸件接触，导热层和绝热层的厚度分别为2mm和3mm，导热层和绝热层的具体组成如下：

表2.防氧化保温套的组成

其中，莫来石的粒径为1～3mm、电熔刚玉的粒径为0.5～1mm、矽线石和碳化硅的粒径为0.1～0.5mm，硅酸铝耐火纤维和碳纤维的直径为2～3μm；硅微粉和氮化硼的粒径为50～500μm；硅溶胶的固含量为25wt％。

对比例

对比例1

一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，按照如下步骤进行：

S1、超级双相不锈钢铸件的制备

按照以下重量份称取22重量份Cr、6.2重量份Ni、3.6重量份Mo、0.64重量份Si、0.5重量份Mn、0.14重量份N、0.11重量份Nb、0.028重量份C、0.027重量份S、0.026重量份P、38重量份Fe；(本对比例中超级双相不锈钢的重量份与实施例1中超级双相不锈钢的重量份含义相同)；

将上述元素含量的超级超级双相不锈钢投入冶炼炉内冶炼成金属液，在1500℃的温度下浇铸成超级双相不锈钢铸件，超级双相不锈钢铸件自然冷却至1050℃，继而对超级双相不锈钢铸件进行强制风冷；当超级双相不锈钢铸件强制风冷至300℃时，保温2h；

S2、超级双相不锈钢铸件的后处理

将超级双相不锈钢铸件以200℃/h的升温速率升温至1200℃，保温2h；保温结束后，超级双相不锈钢铸件自然冷却，冷却速率为47.22℃/min，在超级双相不锈钢铸件的温度不低于1020℃之前，超级双相不锈钢铸件进行淬火处理。

注释：上述实施例和对比例中的淬火步骤的工艺参数相同。

性能检测试验

1、对超级双相不锈钢铸件进行加热处理后，对铸件的冷却速率进行检测。

2、良品率检测：对实施例1-12以及对比例1得到的超级双相不锈钢铸件进行无损检测和耐腐蚀检测，若不出现裂缝、且能够通过GB/T 4334—2020的耐腐蚀性能检测的即为合格品；

计算良品率；良品率＝合格品的数量/铸件总数×100％。

检测结果

表3.检测结果

检测结论

本申请实施例1-12、对比例1进行对比，并结合表3的检测结果可得：

第一，对比实施例1、对比例1的检测结果，可知：本申请使用了防氧化保温套能够显著降低超级双相不锈钢取出后的冷却速率，使其降温至1020℃之前具有充足时间，降低温度调控难度，有利于后续进行淬火处理，显著提升铸件的良品率。

第二，对比实施例1-4的检测结果，可知：本申请中优化防氧化保温套的材料组成可以显著提升其保温性能，并且降低防氧化保温套在使用过程中热力开裂、破损等情况的出现，从而使得超级双相不锈钢铸件的良品率进一步提升；

第三，对比实施例9-12的检测结果，可知：本申请中虽然降低了保温层的厚度，使得其从5mm变为3mm，但防氧化保温套的耐热性能和保温性能仅略微提升，还能够起到较好的保温作用。同时实施例10-12的良品率显著提升，其表明导热层和绝热层的复配使用，不仅能够使得防氧化保温套仍然具备较好的保温性能，还能够使得超级双相不锈钢铸件在预备热处理过程以及淬火过程中均匀传热，细化晶粒，优化内部相组织，从而更有助于提升铸件的良品率。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，包括如下步骤：预备热处理、保温和淬火；其特征在于：

在预备热处理之前，在超级双相不锈钢铸件外层设置防氧化保温套；所述防氧化保温套由内向外依次为导热层和绝热层，所述导热层由包括如下重量份的原料制成：莫来石30～40份、电熔刚玉20～25份、碳化硅10～15份、碳纤维6～18份、氮化硼2～34份；硅溶胶作为导热层原料的粘接剂，硅溶胶的重量为导热层原料重量的20～35wt%；

所述绝热层由包括如下重量份的原料制成：莫来石20～25份、电熔刚玉20～25份、矽线石20～25份、硅酸铝耐火纤维6～18份、硅微粉7～34份；硅溶胶作为绝热层的粘接剂，硅溶胶的重量为绝热层原料重量的20～35wt%。

2.根据权利要求1所述的一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，其特征在于：所述莫来石的粒径为1～3mm、电熔刚玉的粒径为0.5～1mm、矽线石的粒径为0.1～0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，其特征在于：所述硅酸铝耐火纤维的直径为2～3μm。

4.根据权利要求1所述的一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，其特征在于：所述莫来石22份、电熔刚玉25份、矽线石20份、硅酸铝耐火纤维10～15份、硅微粉18～23份。

5.根据权利要求1所述的一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，其特征在于：所述硅溶胶的固含量为25～30wt%。

6.根据权利要求5所述的一种超级双相不锈钢铸件的热处理工艺，其特征在于：所述硅溶胶的重量为防氧化保温套原料重量的25～30wt%。