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首页 / 专利分类库 / 铁的冶金 / 提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法

提高含氏体沉淀硬化不锈屈服强度比值的方法

申请号 CN202410006855.9 申请日 2024-01-03 公开(公告)号 CN117802297A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司; 发明人 魏先平; 吴志伟; 涂露寒; 黎颖;
摘要 本 发明 公开了一种提高含 钒 马 氏体沉淀硬化不锈 钢 屈服强度 比值的方法,属于金属材料热加工工艺领域。本发明方法通过对 冶炼 后的含钒马氏体沉淀硬化 不锈钢 进行热 变形 处理,得到晶粒度为9级的不锈钢;再经 热处理 工艺处理后得到Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值≥0.80的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢,可有效解决现有硬化不锈钢的Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值较低,无法满足应用需求的问题。
权利要求

1.提高含氏体沉淀硬化不锈屈服强度比值的方法,其特征在于:通过对冶炼后的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢进行热变形处理,得到晶粒度为9级的不锈钢;再经热处理工艺处理后得到Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值≥0.80的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢。
2.根据权利要求1所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:所述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢学性能为Rm≥1200MPa,Rp0.2≥1050MPa,A≥
18%,Z≥60%,KV2≥50J。
3.根据权利要求1或2所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:所述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢,其化学成分按重量百分比为:C 0.05‑0.10、Cr14.0‑15.0、Ni 3.0‑5.5、Cu 3.0‑5.0、Mo 0.50‑2.0、W 0‑1.0、V 0.10‑0.60、Mn 0.30‑
0.70、Si 0.2‑0.6、Nb 0.2‑0.4、Ta 0‑0.02、Al 0.01‑0.03,余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:所述不可避免的杂质包括P和S,按重量百分比计为P≤0.002%,S≤0.003%。
5.根据权利要求1所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:所述热变形处理,包括如下步骤:
A.电渣锭加热:按≤50℃/h的加热速率加热至850±10℃,保温1‑3h,再按≤150℃/h的加热速率加热至1180℃±10℃,保温12h以上;
B.锻件开坯:将步骤A处理后的钢锭进行一次锻造,完成后回炉加热至1180±10℃保温≥1h,出炉进行二次锻造和一次拔长,完成后回炉加热至1180±10℃保温≥1h,出炉进行二次拔长;
C.精锻成型:将步骤B处理后的钢坯加热至1180±10℃保温≥2h,然后精锻成型;
D.退火热处理:将步骤C处理后钢坯装入退火炉待料,待料按≤80℃/h的加热速率加热到650±10℃保温,再以≤50℃/h的冷却速率随炉缓冷至料温350℃后出炉空冷。
6.根据权利要求5所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:步骤B中,至少满足下列一项:
所述一次锻造为钢锭沿径向和轴向镦粗至方坯,使得方坯长度为不大于原始长度的
60%;
所述二次锻造和一次拔长为将二次加热后的钢坯沿对边镦粗至长度不大于原始长度的40%的方坯,再沿轴向将钢坯拔长至原始长度的60%以上;
所述二次拔长为将钢坯拔长至原始长度的100%以上;
控制开锻温度不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
7.根据权利要求5所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:步骤C中,精锻开锻温度不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
8.根据权利要求5所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:步骤D中,控制退火炉温度为400‑500℃,保温时间按t(h)=1.5+0.025*(棒材直径mm‑100)计算。
9.根据权利要求1所述的提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其特征在于:所述热处理工艺,包括如下步骤:
a.固溶热处理:将热变形处理后的材料按加热速率20‑50℃/min加热至1040±10℃保温1h;
b.一次时效处理:将步骤a处理后的材料放入480±10℃的时效处理炉中保温3‑5h,出炉空冷至室温;
c.二次时效热处理:将步骤b处理后的材料放入450‑480±10℃的时效处理炉中保温3‑
5h,出炉空冷至室温。

说明书全文

提高含氏体沉淀硬化不锈屈服强度比值的方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料热加工工艺领域,涉及一种含钒马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法,具体涉及一种提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值的方法。

背景技术

[0002] 以0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr13Ni8Mo2Al为代表的马氏体沉淀硬化不锈钢已广泛应用于电、宇航、核反应堆和石油化工等领域,如汽轮机低压叶片燃气轮机及航空发动机压气机叶片、冷顶镦和机加工固件、核反应堆部件以及石油化工装备等高端装备用关键部件。随着技术升级换代,对这些关键部件用材也提出了更高的要求,即要在保证材料强度的前提下,改善塑韧性,同时提高材料的Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值。由于材料合金化含量高,变形抗力较大,其热变形工艺不当极易导致钢坯开裂,从而大大降低了该钢的生产合格率;同时,热处理工艺不当也对难以提高Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值,从而影响材料生产成本、经济效益和使用场景。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是现有硬化不锈钢的Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值较低,无法满足应用需求的问题。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法:通过对冶炼后的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢进行热变形处理,得到晶粒度为9级的不锈钢;再经热处理工艺处理后得到Rp0.02/Rp0.2屈服强度比值≥0.80的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢。
[0005] 上述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢力学性能为Rm≥1200MPa,Rp0.2≥1050MPa,A≥18%,Z≥60%,KV2≥50J。
[0006] 上述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢,其化学成分按重量百分比为:C 0.05‑0.10、Cr 14.0‑15.0、Ni 3.0‑5.5、Cu 3.0‑5.0、Mo 0.50‑2.0、W 0‑1.0、V 0.10‑0.60、Mn 0.30‑0.70、Si 0.2‑0.6、Nb 0.2‑0.4、Ta 0‑0.02、Al 0.01‑0.03,余量为Fe和不可避免的杂质。所述不可避免的杂质包括P和S,按重量百分比计为P≤0.002%,S≤0.003%。
[0007] 上述热变形处理,包括如下步骤:
[0008] A.电渣锭加热:按≤50℃/h的加热速率加热至850±10℃,保温1‑3h,再按≤150℃/h的加热速率加热至1180℃±10℃,保温12h以上;
[0009] B.锻件开坯:将步骤A处理后的钢锭进行一次锻造,完成后回炉加热至1180±10℃保温≥1h,出炉进行二次锻造和一次拔长,完成后回炉加热至1180±10℃保温≥1h,出炉进行二次拔长;
[0010] C.精锻成型:将步骤B处理后的钢坯加热至1180±10℃保温≥2h,然后精锻成型;
[0011] D.退火热处理:将步骤C处理后钢坯装入退火炉待料,待料按≤80℃/h的加热速率加热到650±10℃保温,再以≤50℃/h的冷却速率随炉缓冷至料温350℃后出炉空冷。
[0012] 进一步的是,上述步骤B中,至少满足下列一项:
[0013] 所述一次锻造为钢锭沿径向和轴向镦粗至方坯,使得方坯长度为不大于原始长度的60%;
[0014] 所述二次锻造和一次拔长为将二次加热后的钢坯沿对边镦粗至长度不大于原始长度的40%的方坯,再沿轴向将钢坯拔长至原始长度的60%以上;
[0015] 所述二次拔长为将钢坯拔长至原始长度的100%以上;
[0016] 控制开锻温度不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0017] 进一步的是,上述步骤C中,精锻开锻温度不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0018] 进一步的是,上述步骤D中,控制退火炉温度为400‑500℃,保温时间按t(h)=1.5+0.025*(棒材直径mm‑100)计算。
[0019] 上述热处理工艺,包括如下步骤:
[0020] a.固溶热处理:将热变形处理后的材料按加热速率20‑50℃/min加热至1040±10℃保温1h;
[0021] b.一次时效处理:将步骤a处理后的材料放入480±10℃的时效处理炉中保温3‑5h,出炉空冷至室温;
[0022] c.二次时效热处理:将步骤b处理后的材料放入450‑480±10℃的时效处理炉中保温3‑5h,出炉空冷至室温。
[0023] 本发明的有益效果是:本发明对冶炼后的一种含马氏体钒沉淀硬化不锈钢材料,采用控制热变形过程中加热温度、加热速率、热变形变量以及后续热处工艺控制技术,得到的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢热变形后晶粒度控制在9级左右,变形后经热处理后的综合力学性能优良,即Rm≥1200MPa,Rp0.2≥1050MPa,Rp0.02/Rp0.2≥0.80,A≥18%,Z≥60%,KV2≥50J,从而打通了该钢的生产限制环节,彻底解决了因热变形工艺不当而产生的开裂问题。本发明热变形生产的钢锭,经调质热处理后试样力学性能稳定,且Rp0.02/Rp0.2从0.70左右提高到0.80以上,能满足用户在中温条件下的高强度高精密度的使用要求。

具体实施方式

[0024] 本发明的技术方案,具体可以按照以下方式实施。
[0025] 本发明提供了一种提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,所述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢,其化学成分按重量百分比计:
[0026] C:0.05‑0.10、Cr:14.0‑15.0、Ni:3.0‑5.5、Cu:3.0‑5.0、Mo:0.50‑2.0、W:0‑1.0、V:0.10‑0.60、Mn:0.30‑0.70、Si:0.2‑0.6、Nb:0.2‑0.4、Ta:0‑0.02、Al:0.01‑0.03,余量为Fe和不可避免的杂质。所述不可避免的杂质包括P和S,按重量百分比计,P≤0.002%,S≤
0.003%。
[0027] 所述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢热变形方法包括以下步骤:
[0028] ①电渣锭加热
[0029] 将电渣锭置于加热炉中,按≤50℃/h的加热速率加热至850±10℃,保温1‑3小时,再按≤150℃/h加热至1180℃±10℃,保温12小时以上。由于该钢合金元素含量较高,在初段加热过程中常会因热应力过大而导致开裂,因此要控制加热速率。
[0030] ②锻件开坯
[0031] 加热钢锭出加热炉进行锻造开坯。所述锻造开坯采用两次镦造两次拔长工艺,即一次镦造:钢锭沿径向和轴向镦粗至方坯,使得方坯长度为不大于原始长度的60%。将一次镦粗的钢坯返回加热炉进行再次加热,回炉温度为1180±10℃,保温≥1小时后,出炉进行二次镦造和第一次拔长:即将二次加热后的钢坯沿对角边镦粗至长度不大于原始长度的40%的方坯,再沿轴向将钢坯拔长至原始长度的60%以上。将二次镦造和一次拔长的钢坯返回加热炉进行再次加热,回炉温度为1180±10℃,保温≥1小时后,出炉进行二次拔长:即三次加热后的钢坯拔长至原始长度的100%以上的圆坯。为确保钢坯质量,开锻温度通常不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。通过两次镦造两次拔长工艺,可以改善钢坯组织均匀性,细化晶粒,提高材料的力学性能。
[0032] ③精锻成型
[0033] 将步骤②后的钢坯进行精锻成型,所述精锻成型是将锻件开坯后的钢坯置于加热炉中进行加热,加热温度为1180±10℃,保温≥2小时;再将加热后的锻件钢坯使用精锻机经过精锻成型为成品规格;步骤③所述精锻开锻温度不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0034] ④退火热处理
[0035] 将步骤③精锻后的钢坯装入退火炉待料,所述退火炉温度控制在400‑500℃间,将所述待料按≤80℃/h的加热速率加热到650±10℃,然后保温,保温时间按t(h)=1.5+0.025*(棒材直径mm‑100)计算,再随炉缓冷至料温350℃后出炉空冷,随炉缓冷速率需≤50℃/h。由于钢材在热轧或锻造后,由于钢棒内外温差大会产生较大的热应力,为防止合金含量较高的含钒马氏体沉淀硬化不锈钢锻造后变形开裂,锻造后应及时将材料置于退火炉中并进行去应力退火热。
[0036] 所述含钒马氏体沉淀硬化不锈钢的热处理工艺包括以下步骤:
[0037] ①固溶热处理
[0038] 将精锻成型材料放入电阻炉中,按加热速率20‑50℃/min加热至1040±10℃,并保温1h(到温后按照有效厚度×0.3min/mm计算到温时间)。此工艺执行的目的是为了回熔材料中化物、富相等析出相,使基体完全奥氏体化并消除成分的不均匀性,便于冷却后得到均匀的过饱和马氏体,利于后续时效处理。
[0039] ②一次时效处理
[0040] 将固溶热处理后的材料,放入480±10℃的时效处理炉中,保温3‑5h,出炉空冷至室温。
[0041] ③二次时效热处理
[0042] 将一次时效处理后的材料,放入450‑480±10℃的时效处理炉中,保温3‑5h,出炉空冷至室温。
[0043] 下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
[0044] 实施例
[0045] 实施例1
[0046] 本实施例提供一种提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其化学成分按重量百分比计为:C:0.079、Cr:14.48、Ni:5.10、Cu:3.00、Mo:1.00、W:0.602、V:0.599、Mn:0.480、Si:0.412、Nb:0.277、Ta:0.008、Al:0.017,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述新型含钒马氏体沉淀硬化不锈钢的不可避免的杂质包括P和S,按重量百分比计,P≤
0.002%,S≤0.003%。具体以规格Φ180mm的钢坯为例,其热变形工艺如下:
[0047] (1)电渣锭加热
[0048] 将Φ550mm×1500mm电渣锭置于加热炉中,按40℃/h的加热速率加热至850℃,保温2.5小时,再按120℃/h加热至1180℃,保温12小时。
[0049] (2)电渣锭开锻开坯
[0050] 加热钢锭出加热炉进行锻造开坯。所述快锻开坯采用两次镦造两次拔长工艺,即一次镦造:钢锭沿径向和轴向镦粗至方坯,使得钢坯长度为880mm,将一次镦粗的钢坯返回加热炉进行再次加热,回炉温度为1180±10℃,保温1小时后,出炉进行二次镦造和第一次拔长:即将二次加热后的钢坯镦粗至长度为600mm的方坯,再沿轴向将钢坯拔长950mm。将二次镦造和一次拔长的钢坯返回加热炉进行再次加热,回炉温度为1180±10℃,保温1小时后,出炉进行二次拔长:即三次加热后的钢坯拔长至1600mm圆坯。为确保钢坯质量,开锻温度通常不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0051] (3)精锻成型
[0052] 将快锻后的钢锭进行精锻成型。即将快锻开坯后的钢坯置于加热炉中进行加热,加热温度为1180℃±10℃,保温12小时。再将加热后快锻钢坯经精锻机经精锻成型为成品Φ180mm规格。精锻开锻温度通常不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0053] (1)固溶热处理
[0054] 将精锻成型材料切取试样放入电阻炉中,按加热速率25℃/min加热至1040±10℃,并保温1h,出炉冷却至室温。
[0055] (2)一次时效处理
[0056] 将固溶后试样放入480±10℃的时效处理炉中,保温4h,出炉空冷至室温。
[0057] (3)二次时效热处理
[0058] 将一次时效处理后的材料,放入450℃±10℃及480℃±10℃的时效处理炉中,保温4h,出炉空冷至室温。
[0059] 根据本实施中产品技术要求如表1所示,所获得的产品经调质热处理后的力学性能如表2所示。
[0060] 实施例2
[0061] 本实施例提供一种提高含钒马氏体沉淀硬化不锈钢屈服强度比值的方法,其化学成分按重量百分比计为:C:0.075、Cr:14.54、Ni:4.93、Cu:3.28、Mo:1.81、W:0.075、V:0.357、Mn:0.499、Si:0.410、Nb:0.282、Ta:0.007、Al:0.015,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述新型含钒马氏体沉淀硬化不锈钢的不可避免的杂质包括P和S,按重量百分比计,P≤
0.002%,S≤0.003%。具体以规格Φ350mm的钢坯为例,其热变形工艺如下:
[0062] (1)电渣锭加热
[0063] 将Φ550mm×1500mm电渣锭置于加热炉中,按40℃/h的加热速率加热至850℃,保温2.5小时,再按120℃/h加热至1180℃,保温12小时。
[0064] (2)电渣锭开锻开坯
[0065] 加热钢锭出加热炉进行锻造开坯。所述快锻开坯采用两次镦造两次拔长工艺,即一次镦造:钢锭沿径向和轴向镦粗至方坯,使得钢坯长度为880mm,将一次镦粗的钢坯返回加热炉进行再次加热,回炉温度为1180±10℃,保温1小时后,出炉进行二次镦造和第一次拔长:即将二次加热后的钢坯镦粗至长度为600mm的方坯,再沿轴向将钢坯拔长950mm。将二次镦造和一次拔长的钢坯返回加热炉进行再次加热,回炉温度为1180±10℃,保温1小时后,出炉进行二次拔长:即三次加热后的钢坯拔长至1600mm圆坯。为确保钢坯质量,开锻温度通常不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0066] (4)精锻成型
[0067] 将快锻后的钢锭进行精锻成型。即将快锻开坯后的钢坯置于加热炉中进行加热,加热温度为1180℃,保温12小时。再将加热后快锻钢坯经精锻机经精锻成型为成品Φ350mm规格。精锻开锻温度通常不低于1100±10℃,终锻温度不低于1010℃。
[0068] (4)固溶热处理
[0069] 将精锻成型材料切取试样放入电阻炉中,按加热速率25℃/min加热至1040±10℃,并保温1h,出炉冷却至室温。
[0070] (5)一次时效处理
[0071] 将固溶后试样放入480±10℃的时效处理炉中,保温4h,出炉空冷至室温。
[0072] (6)二次时效热处理
[0073] 将一次时效处理后的材料,放入450℃±10℃及480℃±10℃的时效处理炉中,保温4h,出炉空冷至室温。
[0074] 根据本实施中产品技术要求如表1所示,所获得的产品经调质热处理后的力学性能如表2所示。
[0075] 表1产品技术要求
[0076]
[0077] 表2试样经热处理后力学性能
[0078]
[0079]