一種馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于一種馬氏體時效不銹鋼變溫循環(huán)相變細化晶粒的工藝方法，其特征在于，首先將經(jīng)過固溶熱處理的馬氏體時效不銹鋼在790℃?800℃條件下保溫10?15min；然后降溫10?20℃后保溫10?15min；重復降溫步驟2?3次，每次保溫10?15min，最后冷卻至室溫。采用該方法可獲得高位錯密度的板條狀馬氏體組織，提高馬氏體時效不銹鋼的強度和韌性，使其強韌性配合良好。
【專利說明】
一種馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及馬氏體時效不銹鋼，特別提供一種馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶 粒的方法。
【背景技術】
[0002] 馬氏體時效不銹鋼因其具有良好的強韌性與耐蝕性，廣泛的應用在航空、航天、核 技術、艦船、先進機械制造等高科技領域的承力耐蝕(或高溫)部件。該鋼種采用低碳馬氏體 相變強化和時效強化效應疊加的手段使鋼具有超高的強度的同時，還具有優(yōu)異的綜合性 能。從20世紀70年代以來，馬氏體時效不銹鋼從合金成分設計、冶煉工藝到強度級別都上升 了一個新的水平，特別是1997年Mart in等申請了馬氏體時效不銹鋼Custom465專利，將強度 級別從1600MPa推向了 1800Mpa。我國在2002年~2005年期間成功設計并研制出新型的超低 碳馬氏體時效不銹鋼F863,該鋼是國內(nèi)自主研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權的Cr-Ni-Co-Mo系馬 氏體時效不銹鋼，其強度達到1940Mpa的水平。
[0003] 但當前的馬氏體時效不銹鋼的發(fā)展也面臨著一個突出的問題，即強韌性配合不夠 優(yōu)異，如何在保證馬氏體時效不銹鋼高強度的同時，研究如何提高韌性指標就有了重要的 理論意義和應用價值。
[0004] 細化晶粒對同時提高馬氏體時效不銹鋼的強度、韌性、塑性具有獨特作用，常用方 法主要有如下幾種：固溶熱處理過程中進行形變熱處理、冷加工后進行固溶熱處理和反復 循環(huán)相變熱處理等。固溶熱處理獲得超細的晶粒比較困難，同時又往往出現(xiàn)混晶現(xiàn)象;冷變 形之后，固溶熱處理能獲得細的晶粒，但加工變形處理容易在鋼中產(chǎn)生織構，使馬氏體時效 不銹鋼的性能具有方向性，從而限制了馬氏體時效不銹鋼在某些關鍵件上的應用。循環(huán)固 溶熱處理細化晶粒方法，利用了馬氏體組織在加熱向奧氏體逆轉(zhuǎn)變時發(fā)生相變冷作硬化再 結晶的特點，可在無需塑性變形的情況下，有效地使奧氏體晶粒充分細化。在相同的時效規(guī) 程下，大幅度提高馬氏體時效不銹鋼的強度和塑性，特別適用于零件加工之前不能進行冷 熱變形的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于一種馬氏體時效不銹鋼變溫循環(huán)相變細化晶粒的工藝方法，采 用該方法可獲得高位錯密度的板條狀馬氏體組織，提高馬氏體時效不銹鋼的強度和韌性， 使其強韌性配合良好。
[0006] 本發(fā)明具體提供了一種馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在 于，具體步驟如下：
[0007] (1 )、將經(jīng)過固溶熱處理的馬氏體時效不銹鋼在7 9 0 °C - 8 0 0 °C條件下保溫10 - 15min；
[0008] (2)、降溫 10-20°C 后保溫 10_15min;
[0009] (3)、重復步驟(2)2-3次，最后冷卻至室溫。
[0010] 其中：所述固溶熱處理為1100°C~1200°C下處理40min~90min，水冷，優(yōu)選方案 為：1100°(：下處理6〇111丨11，水冷。
[0011] 本發(fā)明所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:步驟（1)- (3)保溫時間相同，步驟(2)、（3)中冷卻速度優(yōu)選為不小于100°(：/3。
[0012] 本發(fā)明所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于，最優(yōu)選的 方案為:將馬氏體時效不銹鋼在1100 °C下固溶處理60min，水冷，在790 °C條件下保溫15min， 再降溫到780°C保溫15min，然后降溫到770°C保溫15min，最后降溫到760°C保溫15min，冷卻 至室溫。采用該工藝處理所得不銹鋼其晶粒平均尺寸約為15um左右，組織更加均勻細小。
[0013] 本發(fā)明所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:所述馬氏 體時效不銹鋼為lCrl4Col3Mo5。
[0014] 本發(fā)明所述馬氏體時效不銹鋼的組成及重量百分比優(yōu)選為:Cr: ll-15，C〇: 10-14， Mo：3-5,Ni ： 1-3,C：0.001-0.3,Μη：0.01-0.1,Nb：0.01-0.05,P<0.01,S< 0.015,Si :0.01- 0· 1，F(xiàn)e 余量。
[0015] 作為更優(yōu)選的實施方案，所述馬氏體時效不銹鋼的組成及重量百分比為:(^:12_ 14,Co：12-13.5,Mo：4-5,Ni：1-2,C：0.001-0.2,Mn:0.05-0.08,Nb:0.03-0.05,P<0.01,S< 0.01，Si:0.01-0.1，F(xiàn)e 余量。
【附圖說明】
[0016] 圖1是1180°C固溶熱處理lh后試樣鋼的金相組織。
[0017] 圖2實施例1循環(huán)相變細化晶粒的處理工藝。
[0018] 圖3試樣鋼循環(huán)相變處理工藝第一階段的金相組織。
[0019]圖4試樣鋼循環(huán)相變處理工藝第二階段的金相組織。
[0020]圖5試樣鋼循環(huán)相變處理工藝第三階段的金相組織。
[0021]圖6試樣鋼循環(huán)相變處理工藝第四階段的金相組織。
【具體實施方式】 [0022]試樣的制備：
[0023] 選用高純電解Fe，電解Ni，高純Mo、Co等原料，采用超高真空感應爐熔煉25kg的鋼 錠，試樣鋼成分如表1所示。鋼錠在1100 °C ± 10 °C開鍛，終鍛溫度為900°C ± 10°C，鍛成Φ 40mm的棒材，鍛件鍛后在24h內(nèi)進行退火處理，在860°C±10°C退火保溫2-3小時，爐冷備用。 [0024]表1試樣不銹鋼化學成分(質(zhì)量百分比％ )
[0025]
[0026] 實施例1
[0027] 取試樣1不銹鋼進行固溶處理，固溶熱處理工藝為1100°C下處理60min，水冷。圖1 為試樣鋼固溶處理后的金相組織，由圖可見，固溶熱處理后得到粗大且完全等軸化的奧氏 體晶粒，晶粒平均直徑約為l〇〇um。
[0028] 圖2為本實施例循環(huán)相變細化晶粒的處理工藝，其各個階段的金相組織如圖3-6所 不。
[0029]由圖3-6可見，試樣1不銹鋼經(jīng)過第一次790°CX15min循環(huán)相變后組織為明顯的混 晶，晶粒大小不均勻;經(jīng)過第二次780°CX15min循環(huán)相變處理后奧氏體晶粒已經(jīng)發(fā)生明顯 的再結晶，細小的奧氏體晶粒開始在原奧氏體晶粒邊界出現(xiàn)，新生的晶核逐漸向晶內(nèi)推移， 原奧氏體晶界逐漸消失，粗大的原奧氏體晶粒已經(jīng)逐漸被細小的新生晶粒所填充;再經(jīng)過 770°CX15min循環(huán)熱處理后，晶粒進一步細化，再結晶的新奧氏體晶粒又發(fā)生了二次再結 晶，使再結晶的成核率提高，為下一次的再結晶提供了充分的動力學條件;經(jīng)過最后一次 760°CX15min循環(huán)熱處理，晶粒平均尺寸約為15um左右，得到均勻細小的組織，達到了細化 固溶態(tài)試樣鋼晶粒的目的。
[0030] 實施例2
[0031] 取試樣2-9分別在不同條件下循環(huán)相變細化晶粒的處理，工藝參數(shù)見表2。實驗發(fā) 現(xiàn)，隨著循環(huán)相變的進行，試樣鋼的晶粒不斷細化，最終得到均勻細小的組織。
[0032] 表2實施例不銹鋼熱處理工藝參數(shù)
[0033]
[0035]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于，具體步驟如下： (1) 、將經(jīng)過固溶熱處理的馬氏體時效不銹鋼在790°c-800°c條件下保溫10-15min; (2) 、降溫 10-20°C 后保溫 10_15min; (3 )、重復步驟(2) 2-3次，最后冷卻至室溫。2. 按照權利要求1所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:所述 固溶熱處理為ll〇〇°C~1200°C下處理40min~90min，水冷。3. 按照權利要求1或2所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于： 所述固溶熱處理為ll〇〇°C下處理60min，水冷。4. 按照權利要求1所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:步驟 (1) -(3)保溫時間相同。5. 按照權利要求1所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:步驟 (2) 、（3)中冷卻速度不小于100°(：/3。6. 按照權利要求1所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:具體 步驟為，將馬氏體時效不銹鋼在1100 °C下固溶處理60min，水冷，在790 °C條件下保溫15min， 再降溫到780°C保溫15min，然后降溫到770°C保溫15min，最后降溫到760°C保溫15min，冷卻 至室溫。7. 按照權利要求1所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于:所述 馬氏體時效不銹鋼為lCrl4Col3Mo5。8. 按照權利要求1所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于，所述 馬氏體時效不銹鋼的組成及重量百分比為：Cr :12.8-15.2，Co :12-14.5，Mo :4.0-5.5，Ni: 0.5-2,C：0.13-0.19,Mn： < 0.20 ,Nb ： 0.2-0.3 ,Ti ： 0.2-0.3 ,P ： <0.02,S： <0.01,Si： < 0.20,0< 0.005，N< 0.02，F(xiàn)e余量。9. 按照權利要求1或8所述馬氏體時效不銹鋼循環(huán)相變細化晶粒的方法，其特征在于， 所述馬氏體時效不銹鋼的組成及重量百分比為:Cr :13.0-15.0，Co :12-14，Mo :4.0-5.5，Ni: 0.5-l,C：0.13-0.19,Mn： < 0.20 ,Nb ： 0.2-0.3 ,Ti ： 0.2-0.3 ,P ： <0.02,S： <0.01,Si： < 0.20,0< 0.005，N< 0.02，F(xiàn)e余量。
【文檔編號】C22C38/52GK105838862SQ201610362103
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】都祥元, 孔凡亞, 徐殿鑫, 李紅軍, 郭誠, 陳雅文
【申請人】中國科學院金屬研究所