一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法

摘要

本发明涉及一种不锈钢热处理技术，具体涉及一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，1）退火；2）预热；3）淬火；4）回火，本发明具有如下的优点：4Cr16Mo不锈钢热处理的工艺，包括如下工序：①完全退火，控制锻后入炉温度、加热速度、加热温度、保温时间及炉冷速度；②淬火加热，控制预热温度、加热速度和加热温度及保温时间；③淬火冷却，采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式，在保证工件获得足够淬火冷却烈度得到马氏体组织的同时，最大限度减少淬火应力，避免因应力过大造成工件开裂；④回火，严格控制回火入炉时间、回火加热温度和保温时间，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体。

权利要求

1.一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于：其方法如下：

1）退火

将锻后的表面温度为650-700℃的不锈钢工件加入到600-700℃的炉中，在加热速度为60～100℃/h的条件下，升温至830～900℃，保温时间以2.3～2.7小时/100mm计算，保温结束后以10～30℃/h的降温速度随炉冷却至80～200℃出炉空冷；

2）预热

经过退火过程的不锈钢锻件以大于室温且不大于450℃的入炉温度进行两次预热，第一次预热温度为480～560℃，保温时间为1～4h，第二次预热温度为760～820℃，保温时间为1～4h；

3）淬火

经过两次预热过后的锻件在淬火温度为950～1060℃，且保温时间采用0.8～1.3小时/100mm的条件下进行淬火，使工件中心部位达到950-1060℃，完成奥氏体转变，然后采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式进行冷却，空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式是指第一次空冷时间为4～12min，第一次液冷时间为2～8min，第二次空冷时间为100～200s，第二次液冷时间为25～45min，第三次空冷时间为180～280s，第三次液冷时间为15～28min，第一次液冷的液体初始温度为30～50℃，采用的液冷剂的溶质为FEROQUENCH 2000，溶剂为水，初始的重量浓度为8-11%；

4）回火

在600～700℃条件下进行高温回火，保温时间采用1.6～2.4小时/100mm，然后出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，其特征在于：所述的高铬马氏体不锈钢中C的重量百分比0.33~0.43%，Si的重量百分比0.30~0.70%，Mn的重量百分比0.40~0.80%，Cr的重量百分比15.5~17.5%，Ni的重量百分比0.50~0.70%，Mo的重量百分比0.80~1.30%，S的重量百分比0.025%，P的重量百分比0.025%。

说明书

一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种不锈钢热处理技术，具体涉及一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法。

背景技术

[0002] 对于石化行业生产聚脂纤维催化器主轴采用的高强度耐腐蚀不锈钢，其在工作中需在轴身上安装多个叶片，作为旋转搅拌器安装在聚脂罐中，工作环境非常恶劣，因此必须具有很高的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能。对4Cr16Mo不锈钢产品按常规工艺热处理后，虽力学性能可以保证，但因淬火时采用油作为冷却介质，生产时油烟较大，造成热处理炉、天车及生产场地油污染严重，且因工件规格尺寸较大（最大直径在450mm左右，长度在10m左右，锻件重量在10t左右），淬火温度较高，入卧式油槽冷却时极易着火，安全系数低。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，利用该技术可以在保证材料获得良好的综合力学性能的同时，有效改善车间生产环境，消除油烟污染及火灾隐患。

[0004] 本发明的目的是这样实现的：一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，[0005] 1）退火

[0006] 将锻后的不锈钢工件以表面温度为650-700℃加入到600-700℃的炉中，在加热速度为60～100℃/h的条件下，升温至830～900℃，保温时间以2.3～2.7小时/100mm计算，保温结束后以10～30℃/h的降温速度随炉冷却至80～200℃出炉空冷；

[0007] 2）预热

[0008] 经过退火过程的不锈钢锻件以大于室温且不大于450℃的入炉温度进行两次预热，第一次预热温度为480～560℃，保温时间为1～4h，第二次预热温度为760～820℃，保温1～4h；

[0009] 3）淬火

[0010] 经过两次预热过后的锻件在淬火温度为950～1060℃，且保温时间采用0.8～1.3小时/100mm的条件下进行淬火，使工件中心部位达到950～1060℃，完成奥氏体转变，然后采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式进行冷却，为了更好的实现工艺，第一次空冷时间为4～12min，第一次液冷时间为2～8min，第二次空冷时间为100～200S，第二次液冷时间为25～45min，第三次空冷时间为180～280S，第三次液冷时间为15～28min，第一次液冷的液体初始温度为30～50℃，采用的液冷剂的溶质为FEROQUENCH 2000，溶剂为水，初始的重量浓度为8-11%；

[0011] 4）回火

[0012] 在600～700℃条件下进行高温回火，保温时间采用1.6～2.4小时/100mm，然后出炉空冷。

[0013] 为了更好的实现本发明的效果：所述的高铬马氏体不锈钢中C的重量百分比0.33~0.43%，Si的重量百分比0.30~0.70%，Mn的重量百分比0.40~0.80%，Cr的重量百分比
15.5~17.5%，Ni的重量百分比0.50~0.70%，Mo的重量百分比0.80~1.30%，S的重量百分比
0.025%，P的重量百分比0.025%。

[0014] 本发明具有如下的优点：4Cr16Mo不锈钢热处理的工艺，包括如下工序：①完全退火，控制锻后入炉温度、加热速度、加热温度、保温时间及炉冷速度；②淬火加热，控制预热温度、加热速度和加热温度及保温时间；③淬火冷却，采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式，在保证工件获得足够淬火冷却烈度得到马氏体组织的同时，最大限度减少淬火应力，避免因应力过大造成工件开裂；④回火，严格控制回火入炉时间、回火加热温度和保温时间，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体。

[0015] 淬火冷却时采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式，在保证工件获得足够淬火冷却烈度得到马氏体组织的同时，最大限度减少淬火应力，避免因应力过大造成工件开裂，再通过高温回火获得细小均匀的回火索氏体，在保证高强度的同时得到较高的冲击韧性。

附图说明

[0016] 图1为本发明的热处理工艺图。

具体实施方式

[0017] 下面结合具体的实施方式对本发明做进一步描述。

[0018] 实施例1：

[0019] 一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，其方法如下：

[0020] 1）退火

[0021] 将锻后不锈钢工件以表面温度为650℃的入炉温度，加入到700℃的炉中，在加热速度为100℃/h的条件下，升温至830℃，保温时间以2.3～2.7小时/100mm计算，也就是根据工件的长度来计算保温的时间，保温结束后以30℃/h的降温速度随炉冷却至80～200℃出炉空冷；

[0022] 2）预热

[0023] 经过退火过程的不锈钢锻件以300℃的入炉温度进行两次预热，第一次预热温度为560℃，保温时间为4h，第二次预热温度为820℃，保温4h；

[0024] 3）淬火

[0025] 经过两次预热过后的锻件在淬火温度为1060℃，且保温时间采用0.8～1.3小时/100mm方式进行保温，根据锻件的长度来计算保温时间的长短，使工件中心部位达到1060℃，完成奥氏体转变，然后采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式进行冷却，第一次空冷时间为12min，第一次液冷时间为8min，第二次空冷时间为200S，第二次液冷时间为45min，第三次空冷时间为280S，第三次液冷时间为28min，第一次液冷的液体初始温度为50℃，采用的液冷剂的溶质为FEROQUENCH 2000，溶剂为水，初始的重量浓度为8%；

[0026] 4）回火

[0027] 在700℃条件下进行高温回火，保温时间采用1.6～2.4小时/100mm，根据锻件的长短来确定工件保温的时间，然后出炉空冷。

[0028] 实施例2：

[0029] 一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，其方法如下：

[0030] 1）退火

[0031] 将锻后的不锈钢工件以700℃的入炉温度，加入到700℃的炉中，在加热速度为60℃/h的条件下，升温至830℃，保温时间以2.3～2.7小时/100mm计算，保温结束后以
10℃/h的降温速度随炉冷却至80℃出炉空冷；

[0032] 2）预热

[0033] 经过退火过程的不锈钢锻件以400℃的入炉温度进行两次预热，第一次预热温度为480℃，保温时间为1h，第二次预热温度为760℃，保温1h；

[0034] 3）淬火

[0035] 经过两次预热过后的锻件在淬火温度为950℃，且保温时间采用0.8～1.3小时/100mm的条件下进行淬火，使工件中心部位达到950℃，完成奥氏体转变，然后采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式进行冷却，第一次空冷时间为4min，第一次液冷时间为2min，第二次空冷时间为100S，第二次液冷时间为25min，第三次空冷时间为180S，第三次液冷时间为15min，第一次液冷的液体初始温度为30℃，采用的液冷剂的溶质为FEROQUENCH 2000，溶剂为水，初始的重量浓度为10%；

[0036] 4）回火

[0037] 在6000℃条件下进行高温回火，保温时间采用1.6～2.4小时/100mm，然后出炉空冷。

[0038] 实施例3：

[0039] 一种高铬马氏体不锈钢的热处理方法，其方法如下：

[0040] 1）退火

[0041] 将锻后的不锈钢工件以660℃的入炉温度，加入到700℃的炉中，在加热速度为80℃/h的条件下，升温至850℃，保温时间以2.3～2.7小时/100mm计算，保温结束后以
20℃/h的降温速度随炉冷却至140℃出炉空冷；

[0042] 2）预热

[0043] 经过退火过程的不锈钢锻件以100℃的入炉温度进行两次预热，第一次预热温度为520℃，保温时间为2.5h，第二次预热温度为790℃，保温2.5h；

[0044] 3）淬火

[0045] 经过两次预热过后的锻件在淬火温度为1000℃，且保温时间采用0.8～1.3小时/100mm的条件下进行淬火，使工件中心部位达到1000℃，完成奥氏体转变，然后采用空-液-空-液-空-液的间隙冷却方式进行冷却，第一次空冷时间为8min，第一次液冷时间为5min，第二次空冷时间为150S，第二次液冷时间为35min，第三次空冷时间为230S，第三次液冷时间为22min，第一次液冷的液体初始温度为40℃，采用的液冷剂的溶质为FEROQUENCH 2000，溶剂为水，初始的重量浓度为11%；

[0046] 4）回火

[0047] 在650℃条件下进行高温回火，保温时间采用1.6～2.4小时/100mm，然后出炉空冷。

[0048] 为了更好的进行热处理工艺，使得抗拉强度在850Mpa左右，U型冲击功平均在25J左右，选用的高铬马氏体不锈钢中C的重量百分比0.33~0.43%，Si的重量百分比0.30~0.70%，Mn的重量百分比0.40~0.80%，Cr的重量百分比15.5~17.5%，Ni的重量百分比0.50~0.70%，Mo的重量百分比0.80~1.30%，S的重量百分比0.025%，P的重量百分比
0.025%。

[0049] 下表为本发明在工艺改变前和工艺改变后的各项指标的对比：

[0050]状态 屈服强度（Mpa） 抗拉强度（Mpa） 延伸率（%） U型冲击功（J）工艺改变前 580 775 15 21
工艺改变后 650 850 19 25

[0051] 其中屈服强度是指金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复，也就是说屈服强度的数值越高，说明本金属材料的抵抗微量变形的能力越强。

[0052] 抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。

[0053] 延伸率即试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数：δ=ΔL/L×100%。

[0054] 将冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面积所得的商叫冲击韧性，用夏比U形缺口试样求得的冲击功和冲击值。