一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢及其热处理方法技术

本发明专利技术提供了一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，包括S1：固溶处理和S2：时效处理；所述固溶处理包括：S1：将含铜马氏体沉淀硬化不锈钢加热至奥氏体化温度，保温后进一步地进行快速冷却处理，得到均匀化后的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢；所述奥氏体化温度为1000

【技术实现步骤摘要】
一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢及其热处理方法


[0001]本专利技术涉及冶金材料领域，具体而言，涉及一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢及其热处理方法。

技术介绍

[0002]马氏体沉淀硬化不锈钢，指碳含量低于0.1％，加入铜、钼、钛、铝等元素使之沉淀析出碳化物和金属间化合物而进一步强化的马氏体不锈钢。该类钢热处理的特点是，加热到奥氏体相区，保温一定时间，铜、钼、钛、铝等元素固溶到奥氏体基体中，冷却后得到过饱和马氏体，经过固溶得到的马氏体(固溶强化)，强度有一定的提高，但强化效果很小，但韧性比较好。固溶后的马氏体，通过480℃～620℃时效处理，便在马氏体基体上析出弥散的富铜相等，使马氏体基体得到进一步强化，但塑性并没有降低很多，从而达到强度与韧性良好配合，这是马氏体沉淀硬化不锈钢热处理的一大特点。另外由于该类钢含碳量低，耐腐蚀性能和焊接性能均比Cr13型及9Cr18、1Cr17Ni2等马氏体不锈钢为好，所以该钢广泛用于航空、航天、军工等行业，目前也广泛应用在石化、核电、船舶制造业、汽车、医疗等行业。
[0003]马氏体沉淀硬化不锈钢，要想获得高强度高韧性的良好配合，除了合理控制成分外，最主要的就是合理选择热处理工艺，这其中包括固溶温度、时效温度以以及固溶后冷却方式的选择。如果选择不合理，可能造成性能不均、强韧性不能得到良好配合以及材料内部可能产生微裂纹，严重时造成产品开裂。
[0004]表1常用马氏体沉淀硬化不锈钢热处理制度
[0005][0006][0007]表1为常见马氏体沉淀硬化不锈钢热处理制度；
[0008]主要包括以下步骤：真空感应浇注电极棒
→
电渣重熔
→
锻造成材
→
(固溶+时效)
→
检验合格交货。
[0009]该类钢常规热处理制度对大圆材或产品存在以下问题
[0010]表1中规定的热处理制度，要求固溶后快冷，然后再进行时效处理。快冷的目的就是尽快使奥氏体转变成马氏体。所以快冷可以是水冷、油冷、强风冷等，对于小圆产品空冷就能达到快冷的效果。为了保证得到均匀的组织以及减少开裂的倾向，一般相对大点、形状简单的产品采用水冷或油冷，强风冷对于大产品存在冷却不均现象。
[0011]之前的生产工艺中都要求退火交货，性能检验在退火的棒材上取试样，然后对试样(圆毛坯)进行固溶和时效处理，由于试样小，在实验室快冷选择固溶后直接空冷、
水冷或油冷，然后进行时效处理，各项性能都能满足标准要求的指标，同时不存在试样开裂的风险。但现在用户要求对交货的棒材或锻件整体热处理后再交货，这时热处理工艺的选择很重要，特别是大规格的棒材和锻件，固溶后选择的冷却方式不合适，可能造成时效后的性能不合以及产品可能产生开裂现象。
[0012]马氏体沉淀硬化不锈钢特点是，马氏体转变温度比较低，一般都在200℃以下。小圆棒材或性能检验用的试样，截面积小，固溶快冷(空冷、风冷、水冷或油冷都可以)后，很快就能达到马氏体转变温度以下，完成马氏体的转变，得到的马氏体组织也均匀。对于大规格的棒材就不一样了，为了得到尽量均匀的的马氏体，为后续时效处理做好组织准备，固溶后快冷，首先考虑的是水冷，水冷最经济、最便捷，但水冷也存在问题，冷速快，冷却后应力大，如果按照常规方法加热固溶后直接进入水中，内部很容易出现小的微裂纹，严重时出现开裂；如果采用油冷，比水冷风险小，主要是因为油冷比水冷冷却速度小，这样组织转变应力小，出现裂纹和炸裂的几率小，但油冷对环境和产品都有一定的污染，另外油冷相对水冷成本也高；所以常规马氏体沉淀硬化不锈钢，固溶后以空冷或水冷代替快冷。
[0013]常规的热处理制度，没有规定固溶快冷(水冷)后，应该冷却到多少温度产品才能出水槽，如果出水槽过早，马氏体转变不完全，钢中残留有过冷奥氏体。这样造成时效后组织不均，最终造成产品性能不均，马氏体区域硬度和强度偏高，奥氏体区域强度和硬度偏低。另外钢中残留过多奥氏体除了对性能有影响外，还增加了产品产生开裂的倾向。钢中过多的残余奥氏体，在随后的冷却过程中或者放置了一段时间，有的可能半年以上，产品内部又出现了微裂纹，如图1所示，出现延迟开裂的现象。产生这种现象的原因是由于残余奥氏体又转变成马氏体，出现这种延迟裂纹现象，是马氏体沉淀硬化不锈钢的一个特点，以前常遇到，出厂前经过探伤没有发现问题，但用户复验或使用过程中发现有裂纹，图1为常规的马氏体沉淀硬化不锈钢入厂复验时发现的裂纹结构示意图。

技术实现思路

[0014]本专利技术要解决的技术问题是提供一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，从而解决常规热处理工艺加工得到的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的性能不均以及内部产生微裂纹的问题。
[0015]为解决上述问题，本专利技术提供一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，包括S1：固溶处理和S2：时效处理；
[0016]所述固溶处理包括：S1：将含铜马氏体沉淀硬化不锈钢加热至奥氏体化温度，保温后进一步地进行快速冷却处理，得到均匀化后的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢；所述奥氏体化温度为1000
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1100℃；
[0017]所述时效处理包括：S2：将固溶处理后的不锈钢升温至480
‑
620℃进行时效处理，时效后空冷处理，完成热处理。
[0018]本专利技术上述的热处理方法通过把钢加热到奥氏体相区，保温一定时间，让合金元素和碳化物充分溶解，出炉后在马氏体没有转变之前，还是奥氏体组织时，在空中停留一段时间，使奥氏体中的碳和合金元素析出一部分,目的是降低奥氏体稳定性,提高Ms点(马氏体转变起始温度)，一般可提高50
‑
90℃。本专利技术提供的方法缩短了奥氏体向马氏体转变的孕育时间，使产品入水后尽快开始马氏体转变。另外，产品出加热炉后，在空中停留一段时
间，缩小了产品与水槽的温差，这样转变的马氏体，组织应力相对小，有利于防止由于组织转变应力大使产品出现开裂的现象。产品入水后在水中要停留一段时间，目的是保证冷却到Mf点以下。当水温在25℃以下，产品在吊出水槽，这主要是尽可能使马氏体转变完全。马氏体转变的越完全，对后续时效处理获得的组织更均匀、性能更稳定。另外马氏体转变的完全，残余奥氏体少，有利于防止后续时效过程或用户使用过程中残余奥氏体转变成马氏体象，使产品内部产生微裂纹，严重时内部裂纹延伸到产品表面，使产品裂开。
[0019]本专利技术一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，通过把钢加热到奥氏体状态，然后快速冷却到Ms点以下温度，得到马氏体组织，然后在480
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620℃温度范围内进行时效处理，可以获得在马氏体基体上析出沉淀硬化相的组织,这种组织具有高的强度,并可根据时效温度的调整,在一定范围内调整强度和塑韧性。这种钢马氏体开始转变温度比较低，一般在200℃以下，Mf(转变结束温度)一般在30℃以下，有的钢Mf点很低，在0℃以下，为了保证马氏体转变完全，还需要进行深冷处理，这样才能保证时效后组织均匀，性能稳定。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，其特征在于：包括S1：固溶处理和S2：时效处理；所述固溶处理包括：S1：将含铜马氏体沉淀硬化不锈钢加热至奥氏体化温度，保温后进一步地进行快速冷却处理，得到均匀化后的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢；所述奥氏体化温度为1000
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1100℃；所述时效处理包括：S2：将固溶处理后的不锈钢升温至480
‑
620℃进行时效处理，时效后空冷处理，完成热处理。2.根据权利要求1所述的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述奥氏体化温度为1020
‑
1060℃。3.根据权利要求2所述的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述保温的时间为1
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3小时。4.根据权利要求1所述的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述快速冷却处理的方式为空冷处理后水冷处理。5.根据权利要求4所述的含铜马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述空冷处理后水冷处理的条件为：在所述不锈钢保温后，先在空中停留冷却一段时间，待温度降低至800℃
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850...

【专利技术属性】
技术研发人员：季宏伟，王敏，廉斌，
申请(专利权)人：江西宝顺昌特种合金制造有限公司，
类型：发明
国别省市：