CN116694881A - 一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法及奥氏体不锈钢大锻件 - Google Patents

一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法及奥氏体不锈钢大锻件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法及奥氏体不锈钢大锻件，属于材料技术领域。该方法包括如下步骤：对待加工坯体进行大变形；进行长时热处理；对坯体进行固溶处理；进行水冷处理。本发明通过对大型铸坯进行大变形来改变心部较为稳定的网状铁素体结构，增加均匀化扩散通道，然后通过高温等温保持使1.26≤Creq/Nieq＜1.34锻件心部的铁素体得以消除，从而提高大锻件或大板坯心部位置的韧塑性。

Description

一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法及奥氏体不 锈钢大锻件
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法及奥氏体不锈钢大锻件。
背景技术
在实际工业生产中，由于凝固偏析的存在，奥氏体不锈钢钢坯在浇铸过程中常常析出高温δ铁素体，该相易残留至室温进而对塑韧性产生不良影响。通过控制元素组成可抑制δ铁素体析出，但对于大型结构件，由于Cr、Nb等铁素体形成元素具有正偏析特征，在凝固过程中会优先从固相中排出，且随着凝固的进行，铸锭心部的铁素体组成元素含量逐渐升高，而负偏析元素的分布特征却相反，这便加剧了铸锭心部成分的不均匀性，因此在铸锭中心的铁素体含量往往高于凝固初期的钢锭表面。由于大型结构锻件体积较大，凝固速度较慢，因此铁素体不均匀分布的特征更加明显，且铸锭心部铁素体往往更加稳定，难以消除。因此需要提供一种能够消除或降低奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法及奥氏体不锈钢大锻件，采用该方法能够消除铸锭或板坯心部的铁素体(主要是δ铁素体)，提高大锻件或板坯心部的韧性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，该方法包括如下步骤：
(1)对待加工坯体进行大变形；
(2)进行长时热处理；
(3)对坯体进行固溶处理；
(4)固溶处理之后进行水冷处理。
上述步骤(1)中，所述对待加工坯体进行大变形处理包括对铸坯进行镦粗和拔长处理。
优选地，所述对待加工坯体进行大变形处理包括在X轴、Y轴和Z轴方向的镦粗和/或拔长处理；所述镦粗或拔长处理的单次变形量为30％～55％。
更优选地，所述对待加工坯体进行大变形处理具体步骤为：首先沿第一方向镦粗，之后沿第二方向拔长；修型后再沿第二方向镦粗；之后再沿第三方向拔长，修型后再沿第三方向镦粗；最后再沿第一方向拔长。
其中，所述第一方向为Z轴方向，所述第二方向为X轴方向，所述第三方向为Y轴方向。
进一步地，步骤(2)进行长时热处理的时间为30-100h；
进一步地，步骤(2)进行长时热处理后，可对坯体进行二次大变形处理；所述二次大变形包括对铸坯的镦粗和拔长处理；进行二次大变形处理后再进行步骤(3)。
进一步的，所述奥氏体不锈钢的化学成分满足下述公式(1)：
公式(1)中，[Cr]、[Mo]、[V]、[Si]、[Nb]、[Ni]、[C]、[N]分别为不锈钢中Cr、Mo、V、Si、Nb、Ni、C、N元素的质量百分含量。
较优的，所述奥氏体钢的化学成分为：C≤0.05wt％，Mn：3.5-8.0wt％，Si≤1wt％，Ni：10-15wt％，Cr：19-25wt％，Mo：1-3wt％，V＜0.4wt％，Nb＜0.3％，N：0.2-0.45wt％，Al＜0.03％；Ti＜0.001％；余量为Fe。
通过本发明上述工艺和成分联合处理的方法加工而成奥氏体钢大锻件，本发明方法能够消除厚度大于100mm的锻件或板坯心部的δ铁素体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对铸坯进行大变形来改变心部较为稳定的网状铁素体结构，增加均匀化扩散通道，然后通过高温处理保持以消除心部稳定的铁素体，提高锻件或板坯心部位置的韧性。
附图说明
图1为未处理的铸坯的心部金相显微组织图。
图2为实施例1的经大变形处理后的锻件心部金相显微组织图。
图3为实施例1经高温退火处理后的锻件心部金相显微组织图。
图4为实施例1经二次大变形及固溶处理后的锻件心金相显微组织图。
图5为实施例2的经二次大变形及固溶处理后的锻件心部光学显微组织图。
图6为坯体XYZ向示意图。
具体实施方式
本发明下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。
本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
在本发明中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明提供一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其包括如下步骤：
S100：对待加工坯体进行大变形；此处的待加工坯体是指待加工的奥氏体不锈钢，可以是铸坯、板坯、锻件等；
S200：对大变形后的坯体进行长时热处理；其中长时热处理的温度为1250±30℃，时间为30～100h；
S300：对成型后的锻坯进行固溶处理；固溶处理的温度为1050～1120℃，升温速率为3℃/min，保温时间按照3min/mm计算；步骤S200之后可以对坯体进行大变形加工至需要的形状后进行步骤S300的固溶处理；
S400：固溶处理之后再进行水冷处理。
本发明的方法首先对大铸坯进行大变形，大变形处理的目的是改变心部的网状铁素体形貌，增加均匀化扩散通道；大变形之后进行长时热处理的目的是通过高温保持来尽量消除心部的铁素体。
其中，所述对坯体进行大变形处理包括对坯体进行镦粗和拔长处理。
其中，所述对坯体进行大变形处理包括在坯体X轴、Y轴和Z轴方向的镦粗和/或拔长处理。
其中，所述镦粗和拔长处理的变形量为30％～55％，优选为45％～50％。
其中，所述对坯体进行大变形处理具体步骤为首先沿第一方向镦粗，之后沿第二方向拔长；修型后再沿第二方向镦粗；之后再沿第三方向拔长，修型后再沿第三方向镦粗；最后再沿第一方向拔长。
其中，所述第一方向为Z轴方向，所述第二方向为X轴方向，所述第三方向为Y轴方向。
其中，在固溶处理之前还包括对所述坯体进行二次大变形的处理步骤；其中所述二次大变形包括对铸坯的镦粗和拔长处理。对坯体进行二次大变形的目的是进一步破碎细化铁素体并细化晶粒组织。二次大变形的处理过程可以与一次大变形相同，也可以与一次大变形不同，可以是变形量不同，也可以是方向不同。
进一步的，所述奥氏体钢的成分满足下述公式(1)：
其中[Cr]、[Mo]、[V]、[Si]、[Nb]、[Ni]、[C]、[N]分别为各元素的质量百分含量。
较优的，所述奥氏体钢的成分含量为：C≤0.05wt％，Mn：3.5-8.0wt％，Si≤1wt％，Ni：10-15wt％，Cr：19-25wt％，Mo：1-3wt％，V＜0.4wt％，Nb＜0.3wt％，N：0.2-0.45wt％，Al＜0.03wt％；Ti＜0.001wt％；；余量为Fe。
实施例1：
本实施例加工的奥氏体不锈钢大锻件，其心部的δ铁素体已经全部消除。
该奥氏体不锈钢大锻件的制备方法，包括下述步骤：
(1)冶炼：按照表1化学成分进行冶炼得到铸锭，冶炼过程中保证N含量为0.25～0.45wt.％；
表1实施例1不锈钢锻件化学成分(wt.％)
C N Cr Ni Mn Mo Nb V Si Fe
0.013 0.33 22.9 13.7 5.9 1.6 0.2 0.15 0.45 余量
其中：即实施例1中化学成分满足公式(1)要求。
(2)对铸锭进行大变形处理；本实施例中大变形处理的具体过程为：先沿坯体轴向(Z)镦粗50％，沿X轴方向拔长，修型后沿X轴方向镦粗50％，沿Y方向拔长，修型后沿Y向镦粗50％，沿Z向拔长至目标尺寸；铸锭XYZ向示意图见图6。
(3)对大变形后的坯料进行长时热处理，所述长时热处理的温度为1250℃，处理时长为30h；
(4)对大变形后的坯料进行二次大变形处理：对经步骤(3)长时热处理之后的坯体进行二次大变形处理；二次大变形的处理过程与一次大变形相同；
(4)固溶处理：二次大变形处理后的坯料进行固溶处理，所述固溶处理温度为1065℃，升温速率为3℃/min，保温时间按照3min/mm计算；
(5)冷却处理：对固溶处理后的铸锭进行水冷处理即可。
图1为实施例1中冶炼后得到的铸锭的心部的光学显微镜下的组织结构图。通过图1可以看出冶炼后得到的铸锭由于成分偏析，在其心部形成了比较稳定的网状铁素体结构。
图2为实施例1经一次大变形后处理后的奥氏体不锈钢大锻件的心部的金相显微组织图。通过图2可以看出大变形处理后，原来的铸锭心部的网状铁素体结构破碎细化，图3是经高温均匀化退火后的大锻件的心部的金相显微组织图，可见铁素体含量进一步降低，图4为实施例1经二次大变形并固溶处理后的金相显微组织图，经多个金相视场测定，实施例1铁素体完全消除，且晶粒显著细化。
实施例2：
本实施例的奥氏体不锈钢大锻件的制备方法，包括下述步骤：
(1)冶炼：按照表2化学成分进行冶炼得到铸锭，冶炼过程中保证N含量为0.25～0.45％；具体成分如下：
表2实施例2不锈钢锻件化学成分(wt.％)
C N Cr Ni Mn Mo Nb V Si Fe
0.01 0.26 21.4 14 3.5 2.3 0.15 0.3 0.45 余量
其中：即实施例2中化学成分满足公式(1)要求。
(2)对铸锭进行大变形处理；本实施例中大变形处理的具体过程为：先沿坯体轴向(Z)镦粗50％，沿X轴方向拔长，修型后沿X轴方向镦粗50％，沿Y方向拔长，修型后沿Y向镦粗50％，沿Z向拔长至目标尺寸；
(3)对大变形后的坯料进行长时热处理，所述长时热处理的温度为1250℃，处理时长为30h；
(4)二次大变形处理：对经步骤(3)长时热处理之后的坯体进行二次大变形处理以细化晶粒；二次大变形的处理过程与一次大变形相同；
(5)固溶处理：对二次大变形处理后的铸锭进行固溶处理，所述固溶处理温度为1100℃；升温速率为3℃/min，保温时间按照3min/mm计算；
(6)冷却处理：对固溶热处理后的铸锭进行水冷处理即可。
图5是实施例2最后得到的固溶处理后的奥氏体不锈钢大锻件的心部的金相显微组织图。通过图5可以看出，晶粒细小且较均匀。通过多个金相视场统计测定，本实施例中心部的δ铁素体已经完全消除。
实施例3：
本实施例的奥氏体不锈钢大锻件的制备方法，包括下述步骤：
(1)冶炼：按照表3化学成分进行冶炼得到铸锭，冶炼过程中保证N含量为0.25～0.45wt.％；具体成分如下：
表3实施例3不锈钢锻件化学成分(wt.％)
C N Cr Ni Mn Mo Nb V Si Fe
0.008 0.39 24.8 14.2 4.81 2 0.1 0.3 0.45 余量
其中：即实施例3中化学成分满足公式(1)要求。
(2)对铸锭进行大变形处理；本实施例中大变形处理的具体过程为：先沿坯体轴向(Z)镦粗40％，沿X轴方向拔长，修型后沿X轴方向镦粗40％，沿Y方向拔长，修型后沿Y向镦粗40％，沿Z向拔长至目标尺寸；
(3)对大变形后的坯料进行长时热处理，所述长时热处理的温度为1250℃，均匀化时长为30h；
(4)二次大变形处理：对长时热处理之后的坯体进行二次大变形处理；二次大变形仅通过继续沿Z向拔长实现，沿Z向拔长至目标尺寸；
(5)固溶处理：对大变形处理后的铸锭进行固溶处理，所述固溶处理温度为1080℃；升温速率为3℃/min，保温时间按照3min/mm计算；
(6)冷却处理：对固溶处理后的铸锭进行水冷处理即可。
通过多个金相测定，本实施例中心部的δ铁素体已经完全消除。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对以上实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)对待加工坯体进行大变形处理；
(2)进行长时热处理；
(3)对坯体进行固溶处理；
(4)进行水冷处理。
2.根据权利要求1所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述大变形处理是对铸坯进行镦粗和/或拔长处理。
3.根据权利要求2所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：所述大变形处理包括在X轴、Y轴和Z轴方向的镦粗和/或拔长处理。
4.根据权利要求2所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：所述镦粗或拔长处理的单次变形量为30％～55％。
5.根据权利要求1-4任一所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述大变形处理过程为：首先沿第一方向镦粗，之后沿第二方向拔长；修型后再沿第二方向镦粗；之后再沿第三方向拔长，修型后再沿第三方向镦粗；最后再沿第一方向拔长。
6.根据权利要求5所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：所述第一方向为坯体Z轴方向，所述第二方向为X轴方向，所述第三方向为Y轴方向。
7.根据权利要求1所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：步骤(2)进行长时热处理的时间为30-100h；进行长时热处理后，对坯体进行二次大变形处理，所述二次大变形处理包括对坯体的镦粗和/或拔长处理；进行二次大变形处理后再进行步骤(3)。
8.根据权利要求1所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的化学成分满足公式(1)：
公式(1)中：[Cr]、[Mo]、[V]、[Si]、[Nb]、[Ni]、[C]、[N]分别为不锈钢中Cr、Mo、V、Si、Nb、Ni、C、N元素的质量百分含量。
9.根据权利要求8所述的消除奥氏体不锈钢大锻件心部铁素体的方法，其特征在于：所述奥氏体钢的化学成分为：C≤0.05wt％，Mn：3.5～8.0wt％，Si≤1wt％，Ni：10～15wt％，Cr：19～25wt％，Mo：1～3wt％，V＜0.4wt％，Nb＜0.3wt％，N：0.2～0.45wt％，Al＜0.03wt％；Ti＜0.001wt％；余量为Fe。
10.一种利用权利要求1-9任一所述方法制备的奥氏体不锈钢大锻件。
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